Определение параметров нелинейности и выбор оптимального режима усилительного каскада аппаратуры ВЧ связи по ЛЭП
Министерство
образования Российской Федерации
Омский
государственный технический университет
Кафедра
«Электроснабжение промышленных предприятий»
Секция
«Промышленная электроника»
Контрольная
работа
Определение
параметров нелинейности и выбор оптимального режима усилительного каскада
аппаратуры ВЧ связи по ЛЭП
Омск
2011
Задание на курсовую работу
1. Аппроксимировать
полиномом седьмой степени экспериментальную зависимость коэффициента усиления
Кэ = f (Uсм) заданного усилительного каскада на полевом транзисторе (ПТ) типа
2П902А (рис. 1)
2. На основе вычисленных
коэффициентов аппроксимации и гармонического анализа с использованием метода
МКП определить параметры нелинейности третьего порядка и выбрать оптимальный
режим работы каскада.
Рис. 1. Исследуемый усилительный
каскад на ПТ 2П902А
Выполнение работы
каскад аппроксимирование
полевой транзистор
Таблица 1
|
х
|
-1,0
|
-0,8
|
-0,6
|
-0,4
|
-0,2
|
0
|
0,2
|
0,4
|
0,6
|
0,8
|
1,0
|
|
Uзи
|
0
|
0,4
|
0,8
|
1,2
|
1,6
|
2,0
|
2,4
|
2,8
|
3,2
|
3,6
|
4,0
|
|
Кэ
|
0
|
2,18
|
8,95
|
13,1
|
16
|
17,8
|
19,2
|
20,1
|
20,8
|
21,0
|
21,1
|
|
2Кн
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
0
|
3,2
|
7,0
|
11,85
|
18,82
|
21,1
|
|
2Кч
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
17,8
|
33,2
|
29,75
|
23,18
|
21,1
|
|
В0
|
0,01154085
|
2,253737
|
8,761014
|
13,32344
|
15,92266
|
17,72899
|
19,21859
|
20,21376
|
20,67277
|
21,05542
|
21,09074
|
Находим коэффициенты разложения
ортогональных полиномов по формулам:
Таблица 2
|
       
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0
|
0,000000
|
-0,291375
|
0,000000
|
1,092658
|
0,000000
|
-5,1062086
|
0,000000
|
|
0,2
|
0,0454545
|
-0,262238
|
-0,339938
|
0,728439
|
2,003205
|
-1,5318624
|
-12,765522
|
|
0,4
|
0,0909091
|
-0,174825
|
-0,558470
|
-0,182110
|
2,003205
|
4,5955891
|
-0,9118072
|
|
0,6
|
0,1363636
|
-0,029138
|
-0,534189
|
-1,092658
|
-0,500801
|
3,7020048
|
15,045106
|
|
0,8
|
0,1818182
|
0,174825
|
-0,145688
|
-1,092658
|
-3,004808
|
-6,1274442
|
-10,485929
|
|
1,0
|
0,2272727
|
0,437063
|
0,728439
|
1,092658
|
1,502404
|
1,9148344
|
2,2795937
|
0≈160,23/11= 14,566363;1= 10,615;2=
-7,81383;3= 1,300983;4= 4,265009;5= -10,3516;6=
16,26498;7= -18,1936.
Полином по степеням х находится по
следующей формуле:
где 
-
ортогональные полиномы.
;
;
;
;
;
;
;
.
В итоге полином по
степеням х:
Переведём этот полином в
истинный полином по степеням 
:
Полученные коэффициенты
аппроксимации используем для определения параметров нелинейности Н3
и коэффициентов интермодуляционных искажений К3 в широком диапазоне
смещений.
Для определения 
найдем
первую и вторую производные полинома 
, значение которых
целесообразно занести в табл. 3, совмещая их с данными самого полинома в тех же
контрольных точках.
Тогда с учетом
коэффициентов найденного полинома имеем
Далее вычисляем 
,
который заносим в табл.3 и по ее данным строим совмещенные зависимости 
и
в
функции от напряжения и
определяем оптимальный режим, при котором параметр имеет
минимальное значение при максимально возможном коэффициенте усиления (рис.
3).
Таблица 3
|
,
В0
|
0,4
|
0,8
|
1,2
|
1,6
|
2,0
|
2,4
|
2,8
|
3,2
|
3,6
|
4,0
|
|
|
0,01154085
|
2,253737
|
8,761014
|
13,32344
|
15,92266
|
17,72899
|
19,21859
|
20,21376
|
20,67277
|
21,05542
|
21,09074
|
|
|
 146,3235
|
18,85992
|
-15,0715
|
-12,6742
|
-4,46043
|
-1,58695
|
-3,19042
|
-3,72324
|
-0,28911
|
0.21251
|
-27,2055
|
|
|
1/В26339,37 4,184142
-0,86014-0,47563-0,14007-0,04476-0,083 -0,0921-0,006990,00505 -0,64496
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.2 -
Экспериментальная Кз(Uзи) и теоретическая Во(Uзи) кривые (аппроксимирующий
полином) и полученная зависимость Нз(Uзи) усилителя на ПТ 2П902А
По данным табл. 3 и рис.
3 легко определить, что оптимальный режим составляет ≈3,6
В, при этом имеет место максимальное ослабление комбинационных составляющих
3-го порядка с амплитудами 
и частотами 
и
.
Коэффициент
интермодуляционных составляющих 
, соответствующий этому
ослаблению при амплитуде бигармонического интермодулирующего сигнала на выходе 
В
равен:
=0,25·0,00505·0,142=0,00002474
(раз)
(дБ) = 20lg k3
= 20lg0,00002474 ≈ -92 (дБ).
При этом амплитуды
бигармонической комбинационной составляющей с упомянутыми частотами
и
равны:
= 0,00002474·0,14·10
≈3,5
мкВ.
Вывод
В выполненной курсовой работе найден
оптимальный режим работы усилителя ВЧ связи по ЛЭП, которому соответствует Uзи ≈
3,6 В, параметр нелинейности Н3 = 0,00505 1/ В2.
В выбранном оптимальном режиме
коэффициент интермодуляционных искажений третьего порядка составил Kз= -92 дБ
при уровне амплитуд бигармонического сигнала на входе усилителя U1 = U2 = Uс =
0,14 В.
При этом уровень амплитуды
комбинационной (интермодуляционной) составляющей третьего порядка составил Uкз ≈
3.5 мкВ.