Государственный комитет связи, информатизации и телекоммуникационных технологий республики узбекистан

 

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра

Электроники и Радиотехники

 

 

Методическое указание к выполнению виртуальных лабораторных работ по курсу

 

«сигналы и системы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ташкент 2014

 

 

Введение

 

Дисциплина “Сигналы и системы” изучается студентами направления образования 5350100 – Телекоммуникационные технологии (специализаций: Телекоммуникационные технологии; Телерадиовещание; Мобильные системы). Учебного плана в 4-ом семестре.

Для изучения дисциплины “сигналы и системы” в учебном плане всего выделена 132 часов, из них 36-часов лекций, 36-часов лабораторных занятий и 60-часов самообразования.

Студенты в течении семестра выполняют 18 лабораторных работ. Перед выполнением каждой лабораторной работы студент должен написать реферат по теме лабораторной работы и представить ее преподователю, после которого студент допускается к выполнению этой лабораторной работы.

Лабораторные работы по дисциплине “сигналы и системы” являются виртуальными работами и выполняются в компьютере в соответствии с методикой изложенной в данном методическом указании. В черновиках выполненных работ указывается номер учебной группы и имя и фамилия студентов подгруппы из 3-4 человек. Каждый студент в соответствии с требованием к содержанию отчета оформляет по выполненной работе и их защищают отвечая на контрольные вопросы приведенной в конце описания выполнения каждой работы. Изучая теоритические материалы из спеска литературы приведенной в конце методического указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине “сигналы и системы”.

Отчеты студентов после их защиты сохраняется на кафедре в течение установленного периода со стороны учебно-методического отдела университета.

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

 

ИССЛЕДОВАНИЕ спектров ПЕРИОДИЧЕСКИХ сигналов

 

Цель работы: Сформировать и исследовать последовательности периодических импульсов:

I.                               Биполярных прямоугольных импульсов.

II.                            Пилообразных импульсов.

III.                         Треугольных импульсов.

 

I.                              Формирование и исследование биполярных прямоугольных импульсов

 

1.       Загрузить лабораторную работу.

2.       Настроить осциллограф.

     2.1. Установить усиление сигнала 1В/дел.

2.2. Установить развертку сигнала 0,5 мс/дел.

3.       Формирование и исследование биполярных прямоугольных импульсов.

3.1. На «Синтезаторе последовательности периодических импульсов» выбрать «Биполярный прямоугольный». Установить частоту следования импульсов f = 200 Гц и высоту импульса 1В.

3.1.1. Выставить количество гармоник n = 1. Зарисовать временную диаграмму. На «Анализаторе спектра» выбрать вид спектра «АС» (амплитудный спектр), зарисовать. Затем нажать «ФС» (фазовый спектр) и зарисовать его.

3.1.2. Выставить количество гармоник n=2 на «Синтезаторе последовательности периодических импульсов». Зарисовать временную диаграмму, АС и ФС.

3.1.3. Повторить п. 3.1.2 для количества гармоник n = 3, 4, 5 и n = 20.

3.2. Заполнить табл. 1.1. Для этого воспользоваться показаниями «Анализатора спектра»

Таблица 1.1

№ гармоники

Частота гармоники, Гц

Амплитуда гармоники, В

Фаза гармоники, град

Значение постоянной составляющей:

1

 

 

 

2

 

 

 

.

.

.

 

 

 

19

 

 

 

20

 

 

 

 

3.3. По данным табл. 1.1 построить в масштабе амплитудный и фазовый спектр последовательности биполярных прямоугольных импульсов. 

 

II.                           Формирование и исследование пилообразных импульсов

 

Провести формирование и исследование пилообразных импульсов как в I части лабораторной работы.

 

 

III.                       Формирование и исследование треугольных импульсов

 

Провести формирование и исследование треугольных импульсов как в I части лабораторной работы.

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной лабораторной работе должен содержать:

1.  Название лабораторной работы.

2.  Цель лабораторной работы.

3.  Временные диаграммы импульсов.

4.  Амплитудные спектры импульсов.

5.  Фазовые спектры импульсов.

6.  Результаты измерений в виде таблицы 1.1.

7.  АС и ФС, построенные по данным таблицы 1.1 ( и ).

8.  Выводы по результатам исследований.

 

Контрольные вопросы

1. Приведите аналитическое выражение для последовательности прямоугольных однополярных и биполярных импульсов.

2. Приведите аналитическое выражение для последовательности пилообразных импульсов.

3. Приведите аналитическое выражение для последовательности треугольных импульсов.

4. Приведите формулу разложения периодических импульсов в ряд Фурье.

5. Приведите выражения для прямого и обратного преобразования Фурье.

6. Нарисуйте амплитудно-частотный и фазо-частотный  спектры для исследованных видов сигналов.

7. Объясните, как  и  зависит от длительности импульсов  и периода их повторения Т.

8. Приведите выражение для комплексного спектра  для исследованных сигналов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

 

ИССЛЕДОВАНИЕ спектров неПЕРИОДИЧЕСКИХ сигналов

 

Цель работы: Изучение формы и спектров амплитудно-модулированных (AM), частотно-модулированных (ЧМ), фазо-модулированных (ФМ) и сигналов с относительной фазовой модуляцией (ОФМ) при дискретной модуляции.

 

Методические указания

 

1.                Загрузить программу, настроить осциллограф. Для этого установить усиление сигнала в обоих каналах 1 В/дел. toразвертку сигнала 0,25мс/дел.

2.                В окне «выбор кода» необходимо выбрать код: с 1 по 3 стол код № 1, с 4 по 6 стол код № 2, с 7 по 9 стол код № 3, с 10 по 13 стол код № 4, затем зарисовать временные диаграммы полученных кодов с экрана осциллографа.

3.                В окне «выбор вида модуляции» выбрать «амплитудная»,зарисовать полученный сигнал.

4.                Выполнить пункт 3 для ЧМ, ФМ и ОФМ сигналов.

5.                Выбрать код № 1 и нажать «да» возле надписи «показать спектр сиг­нала». В окне «выбор вида сигнала» выбрать «код № 1» и зарисовать полу­ченный спектр сигнала.

6.                Выполнить пункт 5 для AM, ЧМ, ФМ и ОФМ сигнала для кода № 1.

7.                Заполнить таблицу 2.1. Для этого фиксировать значение частоты в Гц и амплитуду в Вольтах, меняя номер частоты с 1 по 20.

 

Таблица 2.1

Вид сигнала

Код №1

АМ для кода №1

ЧМ для кода №1

ФМ для кода №1

ОФМ для кода №1

№ частоты

частота

амплитуда

частота

амплитуда

частота

амплитуда

частота

амплитуда

частота

амплитуда

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание отчета

 

1.                Зарисованные коды по пункту №1.

2.                Зарисованные AM, ЧМ, ФМ и ОФМ сигналы по пункту 3,4.

3.                Зарисованные спектрограммы для кода №1 AM, ЧМ, ФМ и ОФМ сигналов.

4.                Таблица 2.1

 

Контрольные вопросы

 

1.                Запишите ряд Фурье в тригонометрической и комплексной форме.

2.                Запишите прямое и обратное преобразование Фурье.

3.                Изобразите спектр одиночного прямоугольного импульса.

4.                Как влияет на спектр одиночного прямоугольного импульса его дли­тельность?

5.                Изобразите спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов.

6.                Как изменится спектр периодической последовательности импульсов, если длительность импульсов оставить неизменной, а период следова­ния импульса увеличить в 2, 3, 4 раза. Нарисовать временные и спек­тральные диаграммы.

7.   Как изменится спектр периодической последовательности импульсов, если период следования оставить неизменной, а длительность импуль­сов уменьшить в 2, 3, 4 раза. Нарисовать временные и спектральные диаграммы.

8.                Нарисовать временную и спектральную диаграмму AM сигнала для случая модуляции гармонической несущей периодической последова­тельностью прямоугольных импульсов (при скважности несущего сиг­нала равную 2).

9.                Нарисовать временную и спектральную диаграмму ЧМ сигнала для случая модуляции гармонической несущей периодической последова­тельностью прямоугольных импульсов (при скважности несущего сиг­нала равную 2).

10.                             Нарисовать  временную и спектральную диаграмму ОФМ сигнала для случая модуляции гармонической несущей периодической последовательностью прямоугольных импульсов (при скважности несущего сиг­нала равную 2).

11.           Объясните отличие ОФМ сигнала от ФМ сигнала.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

 

Формирование и исследование последовательности периодических импульсов

 

Цель работы: экспериментальное исследование влияния основных параметров непериодических сигналов на амплитудный (АС) и фазовый (ФС) спектр.

 

Лабораторное задание

 

1.     Исследование влияния изменения параметров прямоугольного импульса на его спектры.

2.     Исследование влияния изменения параметров радиоимпульса на его спектры.

3.     Исследование влияния изменения параметров треугольного импульса на его спектры.

4.     Исследование влияния изменения параметров экспоненциального импульса на его спектры.

5.     Исследование влияния изменения параметров затухающей синусоиды на ее спектры.

Методические указания

 

1. Исследование влияния изменения параметров прямоугольного импульса на спектры.

 

1.1. Загрузить программу и настроить осциллограф. Для этого установить усиление 0,5 В/дел.и развертку сигнала 2 мс/дел.

1.2. На блоке «Синтезатор непериодических импульсов» выбрать «Прямоугольный импульс».

1.3. Установить высоту импульса 1 В. Параметр h оставить 50 1/мс.

1.4. Установить длительность импульса 1 мс. Зарисовать временную диаграмму, амплитудный спектр (АС), фазовый спектр (ФС), записать рядом параметры сигнала.

1.5. Повторить п.1.4, устанавливая длительность импульса 3мс., 5мс., 10мс.

1.6. Установить длительность импульса 5мс., высоту импульса 0,1 В. Зарисовать временную диаграмму, АС, ФС, записать рядом параметры сигнала.

1.7. Повторить п.1.6, устанавливая высоту импульса 0,5, 1, 2 В.

 

2. Исследование влияния изменения параметров радиоимпульса на его спектры.

 

2.1. На блоке «Синтезатор непериодических импульсов» выбрать «Радиоимпульс».

2.2. Установить высоту импульса 1 В. Параметр h оставить 50 1/мс.

2.3. Установить длительность импульса 1 мс. Зарисовать временную диаграмму, амплитудный спектр (АС), фазовый спектр (ФС), записать рядом параметры сигнала.

2.4. Повторить п.2.3, устанавливая длительность импульса 3мс., 5мс., 10мс.

2.5. Установить длительность импульса 5мс., высоту импульса 0,1 В. Зарисовать временную диаграмму, АС, ФС и записать рядом параметры сигнала.

2.6. Повторить п.2.5, устанавливая высоту импульса 0,5, 1, 2 В.

 

3. Исследование влияния изменения параметров треугольного импульса на его спектры.

 

3.1. На блоке «Синтезатор непериодических импульсов» выбрать «Треугольный импульс».

3.2. Установить высоту импульса 1 В. Параметр h оставить 50 1/мс.

3.3. Установить длительность импульса 1 мс. Зарисовать временную диаграмму, амплитудный спектр (АС), фазовый спектр (ФС), записать рядом параметры сигнала.

3.4. Повторить п.3.3, устанавливая длительность импульса 3мс., 5мс., 10мс.

3.5. Установить длительность импульса 5мс., высоту импульса 0,1 В. Зарисовать временную диаграмму, АС, ФС, записать рядом параметры сигнала.

3.6. Повторить п.3.5, устанавливая высоту импульса 0,5, 1, 2 В.

 

4. Исследование влияния изменения параметров экспоненциального импульса на его спектры.

 

4.1. На блоке «Синтезатор непериодических импульсов» выбрать «Экспоненциальный импульс».

4.2. Установить длительность импульса 1мс., высоту импульса 1 В., параметр h 50 1/мс. Зарисовать временную диаграмму, АС, ФС записать рядом параметры сигнала.

4.3. Повторить п.4.2, устанавливая параметр h 100, 300, 500 1/мс.

4.4. Установить параметр h 200 1/мс., высоту 0,1 В. Зарисовать временную диаграмму, АС, ФС, записать рядом параметры сигнала.

4.5. Повторить п.4.4., устанавливая высоту импульса 0,5, 1, 2 В.

 

 

5. Исследование влияния изменения параметров затухающей синусоиды на ее спектры.

 

5.1. На блоке «Синтезатор непериодических импульсов» выбрать «Затухающая синусоида».

5.2. Установить длительность импульса 1мс., высоту импульса 1 В., параметр h 50 1/мс. Зарисовать временную диаграмму, АС, ФС записать рядом параметры сигнала.

5.3. Повторить п.5.2, устанавливая параметр h 100, 300, 500 1/мс.

5.4. Установить параметр h 200 1/мс., высоту 0,1 В. Зарисовать временную диаграмму, АС, ФС, записать рядом параметры сигнала.

5.5. Повторить п.5.4., устанавливая высоту импульса 0,5, 1, 2 В.

 

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Структурную схему исследований.

3. Полученные осциллограммы сигналов.

4. Выводы по проделанной работе.

 

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте временные диаграммы исследованных сигналов и укажите их основные параметры.

2. Приведите аналитические выражения для исследованных видов сигналов, как функцию времени.

3. Приведите выражения, описывающие спектры исследованных сигналов через их основные параметры.

4. Напишите выражения для прямого и обратного преобразования Фурье.

5. Нарисуйте амплитудно-частотный и фазо-частотный спектр исследованных сигналов.

6. Объясните зависимость спектра сигнала от длительности импульса для исследованных видов сигналов.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

 

СИНТЕЗ СИГНАЛОВ ПО ФУРЬЕ

 

Цель работы: Изучение аппроксимации сигнала многочленом Фурье по ортогональной системе тригонометрических функций.

         Синтез периодических сигналов различной формы:

1)    прямоугольных биполярных;

2)    пилообразных;

3)    треугольных.

Методические указания

 

         Воспользовавшись результатами лабораторной работы № 3 "Формирование и исследование последовательности периодических импульсов", синтезировать сигналы:

1)    прямоугольные биполярные;

2)    пилообразные;

3)    треугольные.

 

 

I.                  Получение прямоугольных биполярных импульсов.

 

Синтезировать прямоугольное колебание. Зарисовать осциллограммы, соответствующие увеличению числа гармоник, участвующих в формировании сигнала.

1.     Загрузить программу.

2.     Настроить осциллограф. Для этого установить усиление сигнала 0,5 В/дел и развертку сигнала 0,25 мс/дел.

3.     Установить амплитуды и фазы гармоник.

3.1.         Выберите номер генератора для установки амплитуды и фазы гармоники. Например - генератор № 1. Для этого нажмите кнопку "1".

3.2.         В блоке "Установка амплитуды гармоник" выставьте значение амплитуды 1-ой гармоники, нажмите кнопку "установить".

3.3.         В блоке "Установка фазы гармоник" выставьте значение фазы 1-ой гармоники, нажмите кнопку "установить".

3.4.         В блоке "Генераторы гармонических сигналов" включить первый генератор. Для этого нажать кнопку "1".

3.5.         Повторить пункты 3.1 - 3.4 для всех 10 гармоник.

3.6.         Зарисовать полученный сигнал.

 

II.               Получение пилообразных импульсов.

 

Синтезировать пилообразные импульсы как в п.I.

 

III.           Получение треугольных импульсов.

 

Синтезировать пилообразные импульсы как в п.II.

 

Содержание отчета:

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.     Название лабораторной работы.

2.     Цель лабораторной работы.

3.     Осциллограммы напряжений и временные диаграммы импульсов.

4.     Выводы по результатам исследований.

 

Контрольные вопросы

 

1.     Как показать, что система функций {cosnΩ1t, sinnΩ1t} является полной и ортогональной?

2.     Как определяются коэффициенты ряда Фурье?

3.     Как изменится форма сигнала, если из спектра периодической последовательности прямоугольных импульсов удалить одну из гармоник?

4.     Изобразите спектр периодической последовательности радиоимпульсов с прямоугольной огибающей и немодулированным заполнением?

5.     Запишите аналитическое выражение АМ колебания?

6.     Какой вид имеет спектр АМ колебания при тональной модуляции и модуляции сложного сигнала?

7.     Изобразите спектр сигнала с гармонической несущей и АМ периодической последовательностью прямоугольных импульсов. В чем его отличие от спектра периодической последовательности радиоимпульсов с прямоугольной огибающей и немодулированным заполнением?

8.     Изобразите спектр сигнала с тональной амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ).

9.     Изобразите спектр сигнала с амплитудно-импульсной модуляцией периодической последовательности прямоугольных импульсов.

10.           Как связаны фаза и мгновенная частота колебаний?

11.           Запишите аналитическое выражение ЧМ колебания при гармонической модуляции и в общем случае?

12.           Запишите аналитическое выражение ФМ колебания при гармонической модуляции и в общем случае?

13.           В чем различие между ЧМ и ФМ колебаниями?

14.           Какой физический смысл имеют понятия "девиация" частоты и "индекс " модуляции?

 

Лабораторная работа № 5

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

 

Цель работы: Исследовать характеристики ЦАП; изучить процесс преобразования цифрового сигнала в аналоговый.

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Изображение0008.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.1. Структурная схема 4-разрядного ЦАП

Описание: C:\WINDOWS\Temp\FineReader10\media\image2.jpeg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.2. Структурная схема 8-разрядного ЦАП

 

Лабораторное задание

1.                Исследовать передаточную характеристику ЦАП.

2.                 Исследовать процесс преобразования цифрового сигнала в аналоговый.

Методические указания

1. Исследование передаточной характеристики ЦАП.

1.1.Отметить маркером «Исследовать передаточную характеристику ЦАП».

1.2.Выбрать «4-разрядный ЦАП», отметив его маркером. Зарисовать передаточную характеристику 4-разрядного ЦАП.

1.3.Выбрать «8-разрядный ЦАП», отметив его маркером. Зарисовать передаточную характеристику 8-разрядного ЦАП.

1.4.Нажать кнопку «Вернуться».

 

2. Исследование процесса преобразования цифрового сигнала в аналоговый.

2.1.                 Отметить маркером «Исследовать процесс преобразования цифрового сигнала в аналоговый».

2.2.                 Настроить осциллограф. Для этого установить усиление сигнала 1 В/дел и развертку сигнала 0,25 мс/дел.

2.3.                 Выбрать тип синтезируемого сигнала «гармонический». Отметить маркером «4-разрядный ЦАП» и зарисовать полученный сигнал. Затем выбрать «8-разрядный ЦАП» и также зарисовать полученную осциллограмму.

2.4.                 Выполнить п.2.3 для следующих видов сигнала: «импульс вида (sinx)/ x»; «гауссовский импульс»; «сложный сигнал».

Содержание отчета

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.     Название и цель лабораторной работы.

2.     Схемы исследуемых 4-разрядного и 8-разрядного ЦАП.

3.     Передаточные характеристики ЦАП.

4.     Полученные осциллограммы сигналов.

5.     Выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1.    Как восстанавливается дискретизированный сигнал?

2.    Что называется идеальным фильтром нижних частот?

3.    Сформулируйте теорему Котельникова и запишите ряд Котельникова.

4.    В чём причина погрешностей, возникающих при восстановлении сигнала?

5.    Поясните принцип действия АЦП и ЦАП. Сформулируйте требования, предъявляемые к ним.

6.    Нарисуйте график и объясните свойства базисной функции ряда Котельникова.

7.    Поясните принципиальное различие между искажениями квантования и помехами в канале передачи.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Цель работы: Исследовать характеристики АЦП, ив учить процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой.

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Изображение0009.jpg

 

Рис. 6.1. Структурная схема 4-разрядного АЦП

 

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Local Settings\Temporary Internet Files\Content.Word\Изображение0009.jpg

 

Рис. 6.2. Структурная схема 5-разрядного АЦП

Лабораторное задание

1.     Исследовать передаточную характеристику АЦП.

2.      Исследовать процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой.

Методические указания

1.        Исследование передаточной характеристики АЦП.

1.1.  Отметить маркером «Исследовать передаточную характеристику АЦП».

1.2.  Выбрать «4-разрядный АЦП», отметив его маркером. Зарисовать передаточную характеристику 4-разрядного АЦП.

1.3.  Выбрать «5-разрядный АЦП», отметив его маркером. Зарисовать передаточную характеристику 5-разрядного АЦП.

1.4.  Нажать кнопку «Вернуться».

2.    Исследование процесса преобразования аналогового сигнала в цифровой.

2.1.     Отметить маркером «Исследовать процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой».

2.2.     Выбрать 4-разрядный АЦП, отметив его маркером.

2.3.     Изменяя значение Va, наблюдать изменение импульсов, проходящих по узлам АЦП. Зарисовать сигналы на входе компаратора при установленных значениях Va = 0,2; 1; 2; 3; 4 и 5 В.

2.4.     Отметить маркером 5-разрядный АЦП. Выполнить для него п.2.3.

Содержание отчета

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.             Название и цель лабораторной работы.

2.             Схемы исследуемых АЦП.

3.             Передаточные характеристики АЦП.

4.             Полученные осциллограммы сигналов.

5.             Выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1.                Что такое дискретизация сигналов во времени?

2.                Поясните практическое значение дискретизации сигналов для техники связи.

3.                Сформулируйте теорему Котельникова и запишите ряд Котельникова.

4.                Нарисуйте график и объясните свойства базисной функции ряда Котельникова.

5.                В чём причина погрешностей при дискретизации реальных сигналов?

6.                Как оценивается среднеквадратическая погрешность, возникающая при дискретизации сигнала, спектр которого неограничен?

7.                Как производится дискретизация радиосигналов?

8.                В чём заключаются основные преимущества цифровых методов передачи непрерывных сообщений?

9.                Поясните принцип действия АЦП и ЦАП. Сформулируйте требования, предъявляемые к ним.

10.           Поясните принципиальное различие между искажениями квантования и помехами в канале передачи.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

 

ДИСКРЕТИЗАЦИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ

 

Цель работы: экспериментальное изучение процессов дискретизации и восстановления непрерывных сигналов

 

Описание: C:\Documents and Settings\User\Рабочий стол\Безымянный.bmp

 

Рис. 7.1. Структурная схема лабораторной установки

 

Лабораторное занятие

 

1.     Оценить полосы пропускания ФНЧ1 и ФНЧ2 по импульсной передаточ­ной характеристике.

2.     Выполнить дискретизацию и определить интервал дискретизации сложно­го сигнала.

3.     Провести восстановление сигнала по отсчетам.

 

 

 

Методические указания

 

1.     Оценить полосы пропускания ФНЧI и ФНЧ2 по импульсной передаточ­ной характеристике.

1.1.         Загрузить программу. Настроить осциллограф. Для этого установить усиление сигнала 0,8 В/дел в обоих каналах и развертку сигнала 0,25 мс/дел.

1.2.         Наблюдать на экране осциллографа и зарисовать осциллограмму сложного сигнала. Для этого на блоке "Источник сигналов" необходимо на­жать кнопку "вкл" рядом с надписью "сложи.сигнал". Подключать кон­трольную точку №2 в канал 1. Зарисовать полученную осциллограмму.

1.3.         Оценить полосы пропускания ФНЧ1 и ФНЧ2 по импульсной пере­ходной характеристике. Для этого на блоке "Источник сигналов"' нажать кнопки "вкл" рядом с надписями "Дельта импульс" и "Сигнал с частотой F2". Подключить контрольную точку №1 в канал 1 и контрольную точку №6 в ка­нал 2. На блоке "Органы управления лабораторным макетом" нажать "Да" рядом с надписями "Подключить дельта-импульс к ФНЧ1" и "Подклю­чить дельта-импульс к ФНЧ2". Зарисовать полученные осциллограммы. По осциллограмме измерить в миллиметрах период Т и интервал Δt.Сравнить величины Δt и Т/2 для обоих фильтров и сделать вывод о ширине полосы пропускания. Полоса пропускания фильтра превосходит величину f2, если Δt≤Т/2

 

 

Рис.7.2. Оценивание полосы пропускания ФНЧ1 (ФНЧ2)

 

1.4.         Подключить контрольную точку №7 в канал 1 и оценить полосу про­пускания ФНЧ2 как в п. 1.3.

 

2. Выполнить дискретизацию и определить интервал дискретизации сложно­го сигнала.

2.1.  Подключить контрольную точку №1 в канал 1 и контрольную точку №3 в канал 2. На блоке "Источник сигналов" нажать кнопку "вкл" рядом с надписью "Ген. имп. дискр." Установить частоту дискретизации 4000 Гц. За­рисовать полученные осциллограммы.

2.2.  Наблюдать и зарисовать осциллограмму дискретизированного сигнала. Для этого подключить контрольную точку №2 в канал 1 и контрольную точ­ку №4 в канал 2. На блоке "Органы управления лабораторным макетом" на­жать кнопку "Да" рядом с надписью "Подключить "Сложи.сигнал" и "Ген. Имп. дискр." к Дискретизатору". Зарисовать осциллограммы сложного и дис­кретизированного сигнала.

 

3.  Произвести восстановление сигнала по отсчетам.

3.1.  Подключить контрольную точку №6 в канал 2. На блоке "Органы управления лабораторным макетом" нажать кнопки "Нет" рядом с надписями "Подключить дельта-импульс к ФНЧ1" и "Подключить дельта-импульс к ФНЧ2". Зарисовать осциллограммы сложного и восстановленного сигнала (ФНЧ1).

3.2.  Подключить контрольную точку №7 в канал 2. Зарисовать сложный и восстановленный сигнал (ФНЧ2).

3.3.  Провести качественное сравнение результатов восстановления сигна­лов в ФНЧ1 и ФНЧ2 и выбрать лучший фильтр для восстановления.

 

Содержание отчета

 

Отчёт должен содержать:

1.    Структурную схему исследований.

2.    Осциллограммы, полученные экспериментально по всем пунктам.

3.    Анализ полученных результатов и выводы.

 

Контрольные вопросы

 

1.    Что такое дискретизация сигналов во времени?

2.    Поясните практическое значение дискретизации сигналов для техники связи.

3.    Сформулируйте теорему Котельникова и запишите ряд Котельникова

4.    Нарисуйте график и объясните свойства базисной функции ряда Ко­тельникова.

5.    В чём причина погрешностей при дискретизации реальных сигналов?

6.    Как оценивается среднеквадратичная погрешность, возникающая при дискретизации сигнала, спектр которого неограничен?

7.    Как восстанавливается дискретизированный сигнал?

8.    Что называется идеальным фильтром нижних частот?

9. Что называется импульсной переходной характеристикой радио­технического устройства?

10.                       Какой вид имеет импульсная характеристика идеального фильтра нижних частот?

11.                       В чём отличие формы импульсных и частотных характеристик идеаль­ного и реального ФНЧ?

12.            В чём причина погрешностей, возникающих при восстановлении сиг­нала?  

13.                       Как производится дискретизация радиосигналов?.

14.                       В чём особенности дискретизации случайных сигналов?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

 

ИССЛЕДОВАНИЕ МОДУЛЯТОРА И ДЕМОДУЛЯТОРА АИМ СИГНАЛОВ

 

Цель работы: Исследовать работу модулятора и демодулятора АИМ сигналов при подаче на вход модулятора различных видов сигналов.

ГМС – генератор модулирующего сигнала;

ГИ – генератор импульсов.

Рис. 8.1. Структурные схемы модулятора (а) и демодулятора (б) АИМ сигналов

 

Лабораторное задание:

 

       I.      Исследовать модулятор и демодулятор АИМ сигналов при подаче на вход модулятора гармонического сигнала.

    II.      Исследовать модулятор и демодулятор АИМ сигналов при подаче на вход модулятора сложного сигнала.

 

 

Порядок выполнения лабораторной работы

 

I. Исследование модулятора и демодулятора АИМ сигналов при подаче на вход модулятора гармонического сигнала

 

1.    Загрузить программу виртуальной лабораторной работы.

2.    Настроить осциллограф. Для этого установить усиление в канале № 1 и канале № 2 – 2В/дел и развертку сигнала » 1 мс/дел.

3.    На «Генераторе модулирующего сигнала» выбрать модулирующий гармонический сигнал. Установить амплитуду сигнала 2В и частоту значения 200Гц. Нажать кнопку «Вкл».

4.    На «Органах управления макетом»  установить частоту следования тактовых импульсов 2000Гц.

5.    Исследовать модулятор и демодулятор АИМ сигналов при  модулирующем гармоническом сигнале.

6.    В канал № 1 выбрать «Выход ГМС». В канале № 2  поочередно выбрать «Выход ГИ», «Выход АИМ модулятора», «Выход АИМ демодулятора». Зарисовать полученные осциллограммы, рядом с ними записать, с выхода какого устройства был получен сигнал.

6.1.Исследовать работу модулятора и демодулятора АИМ сигналов при изменении частоты следования пилообразных импульсов.

6.1.1.На «Органах управления макетом»  установить частоту следования тактовых импульсов 3000Гц. Повторить п.п. 5 - 6 данной лабораторной работы.

6.1.2.На «Органах управления макетом»  установить частоту следования тактовых импульсов 5000Гц. Повторить п.п. 5 - 6 данной лабораторной работы.

7.    Провести сравнительный анализ фильтров ФНЧ 1 и ФНЧ 2. Для этого повторить п.6.1.2 данной лабораторной работы, при нажатом ФНЧ 2 на «Органах управления макетом».

 

II. Исследование модулятора и демодулятора АИМ сигналов при подаче на вход модулятора сложного сигнала

 

1.     На «Генераторе модулирующего сигнала» выбрать модулирующий сложный сигнал. Установить амплитуду сигнала 2В и частоту значения 200Гц. Нажать кнопку «Вкл».

2.     Повторить п.п. 4 - 7 предыдущего задания данной лабораторной работы.

Содержание отчета:

 

1.     Название лабораторной работы.

2.     Цель лабораторной работы.

3.     Структурную схему исследований.

4.     Полученные осциллограммы сигналов.

5.     Выводы по проделанной работе.

 

Контрольные вопросы

1.     Сформулируйте теорему Котельникова о дискретизации.

2.     Нарисуйте графики функции отсчета для нескольких значений

3.     Проведите сравнительный анализ Фильтров ФНЧ 1 и ФНЧ 2 с помощью временных диаграмм или осциллограмм. Поясните различие выходных сигналов с ФНЧ 1 и ФНЧ 2.

4.     Нарисуйте графики функции отсчета.

5.     Нарисуйте форму сигнала на входе идеального ФНЧ при подаче на его вход одиночного видеоимпульса.

6.     Поясните при помощи графиков принцип восстановления дискретизированного сигнала через их отсчетные значения.

7.     Нарисуйте временные диаграммы сигналов ШИМ-АМ, ЧИМ-АМ, ФИМ-АМ, АИМ-АМ при модуляции сигналом треугольной формы.

8.     В каких устройствах и системах используются сигналы с импульсной модуляцией?

9.     Как выбирается частота повторения немодулированных импульсов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

 

ИССЛЕДОВАНИЕ МОДУЛЯТОРА И ДЕМОДУЛЯТОРА ШИМ СИГНАЛОВ

 

         Цель работы: Исследовать работу модулятора и демодулятора ШИМ сигналов при подаче на вход модулятора различных видов сигналов.

 

 

Рис. 9. Структурные схемы модулятора и демодулятора ШИМ сигналов

 

Лабораторное задание

 

I.                              Исследовать модулятор и демодулятор ШИМ сигналов при подаче на вход модулятора гармонического сигнала.

II.                              Исследовать модулятор и демодулятор ШИМ сигналов при подаче на вход сложного сигнала.

 

Методические  указания

 

I. Исследование модулятора и демодулятора ШИМ сигналов при подаче н6а вход модулятора гармонического сигнала

 

1. Загрузить программу виртуальной лабораторной работы.

2. Настроить осциллограф. Для этого установить усиление в канале № 1 и канале № 2 – 2В/дел и развертку сигнала около 2 мс/дел.

3. На «Генераторе модулирующего сигнала» выбрать модулирующий гармонический сигнал. Установить амплитуду сигнала 2В. Нажать кнопку «Вкл».

4. На «Органах управления макетом»  установить частоту следования пилообразных импульсов 700Гц.

5. Исследовать гармонический сигнал через модулятор ШИМ сигналов.

6. В канал № 1 подключить контрольную точку № 1. В канале № 2  поочередно выбрать контрольные точки № 2 - 4. Зарисовать полученные осциллограммы, рядом с ними записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

7. Исследовать гармонический сигнал через демодулятор ШИМ сигналов.

7.1.В канал № 1 подключить контрольную точку № 4. В канале № 2  поочередно выбрать контрольные точки №№ 5 - 8. Зарисовать полученные осциллограммы, рядом с ними записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

7.2. Исследовать работу модулятора и демодулятора ШИМ сигналов при изменении частоты следования пилообразных импульсов.

7.2.1.На «Органах управления макетом» установить частоту следования пилообразных импульсов 100Гц. Повторить п.п. 5 - 6 данной лабораторной работы.

7.2.2.На «Органах управления макетом» установить частоту следования пилообразных импульсов 1000Гц. Повторить п.п. 5 - 6 данной лабораторной работы.

7.2.3.На «Органах управления макетом»  установить частоту следования пилообразных импульсов 10000Гц. В канале № 1 подключить контрольную точку № 1, в канале № 2 подключить контрольную точку № 8. Зарисовать полученные осциллограммы, рядом с ними записать с выхода какого устройства был получен сигнал.

 

II.Исследование модулятора и демодулятора ШИМ сигналов при подаче на вход модулятора сложного сигнала

 

1. На «Генераторе модулирующего сигнала» выбрать модулирующий гармонический сигнал. Установить амплитуду сигнала 2В. Нажать кнопку «Вкл».

2. Повторить п.п. 4 - 7 предыдущего задания данной лабораторной работы.

 

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1. Название лабораторной работы.

2. Цель лабораторной работы.

3. Структурную схему исследований.

4. Полученные осциллограммы сигналов.

5. Выводы по проделанной работе.

 

Контрольные вопросы

 

1.                 Сформулируйте теорему Котельникова о дискретизации.

2.                 Нарисуйте графики функции отсчета для нескольких значений

3.                 Нарисуйте графики функции отсчета.

4.                 Нарисуйте форму сигнала на входе идеального ФНЧ при подаче на его вход одиночного видеоимпульса.

5.                 Поясните при помощи графиков принцип восстановления дискретизированного сигнала через их отсчетные значения.

6.                 Нарисуйте временные диаграммы сигналов ШИМ-АМ, ЧИМ-АМ, ФИМ-АМ, АИМ-АМ при модуляции сигналом треугольной формы.

7.                 В каких устройствах и системах используются сигналы с импульсной модуляцией?

8.                 Как выбирается частота повторения немодулированных импульсов?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

 

ИССЛЕДОВАНИЕ СИГНАЛОВ ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИИ

 

Цель работы: экспериментальное изучение гармонических и дискретных сигналов импульсной модуляции.

 

 

 

Рис. 10.1. Структурная схема виртуального лабораторного макета

 

 

Лабораторное задание

 

1. Исследование гармонических сигналов.

2. Исследование дискретных сигналов.

 

 

 

 

 

 

Методические указания

 

I. Исследование гармонических сигналов.

 

1. Исследование сигнала АИМ-АМ.

1.1. Загрузить программу и настроить осциллограф. Для этого установить усиление сигнала в обоих каналах 1 В/дел.и развертку 2,5 мс/дел.

1.2. На «Генераторе модулирующих сигналов» выбрать «гармонический сигнал».

1.3. На «Блоке модуляторов» выбрать «АИМ-АМ». В канале №1 выбрать контрольную точку №1.

1.4. В канале №2 поочередно выбрать контрольные точки № 2; 3; 4; 5. Зарисовать полученные осциллограммы. Записать, с выхода какого устройства был получен сигнал.

 

2. Исследование сигнала ШИМ-АМ.

2.1. На «Блоке модуляторов» выбрать «ШИМ-АМ». В канале №1 выбрать контрольную точку №1.

2.2. В канале №2 поочередно выбрать контрольные точки №2; 3; 4; 5. Зарисовать полученные осциллограммы. Записать, с выхода какого устройства был получен сигнал.

 

3. Исследование сигнала ЧИМ-АМ.

3.1. На «Блоке модуляторов» выбрать «ЧИМ-АМ». В канале №1 выбрать контрольную точку №1.

3.2. В канале №2 поочередно выбрать контрольные точки №2; 3; 4; 5. Зарисовать полученные осциллограммы. Записать, с выхода какого устройства был получен сигнал.

 

4. Исследование сигнала ФИМ-АМ.

4.1. На «Блоке модуляторов» выбрать «ФИМ-АМ». В канале №1 выбрать контрольную точку №1.

4.2. В канале №2 поочередно выбрать контрольные точки №2; 3; 4; 5. Зарисовать полученные осциллограммы. Записать, с выхода какого устройства был получен сигнал.

 

 

II. Исследование дискретных сигналов.

 

1. Оставить настройку осциллографа. На «Генераторе модулирующих сигналов» выбрать «дискретный сигнал».

2. Выполнить п.п. 1.3. – 4.3. предыдущего параграфа для дискретного сигнала.

 

 

Содержание отчета

 

         Отчет по выполненной работе должен содержать:

1. Название и цель работы.

2. Структурную схему исследований.

3. Полученные осциллограммы сигналов.

4. Выводы по проделанной работе.

 

Контрольные вопросы

 

1. Сформулируйте теорему Котельникова о дискретизации.

2. Нарисуйте графики функции отсчета для нескольких значений

3. Нарисуйте графики функции отсчета.

4. Нарисуйте форму сигнала на входе идеального ФНЧ при подаче на его вход одиночного видеоимпульса.

5. Поясните при помощи графиков принцип восстановления дискретизированного сигнала через их отсчетные значения.

6. Нарисуйте временные диаграммы сигналов ШИМ-АМ, ЧИМ-АМ, ФИМ-АИ, АИМ-АМ при модуляции сигналом треугольной формы.

7. В каких устройствах и системах используются сигналы с импульсной модуляцией?

8. Как выбирается частота повторения немодулированных импульсов?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

 

ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

 

         Цель работы: Исследовать прохождение сигналов по системе связи с ИКМ в идеальных условиях и при воздействии помех.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 11. Структурная схема системы связи с ИКМ

 

Лабораторное задание

 

1.                Исследовать прохождение гармонического сигнала по системе связи с ИКМ в идеальных условиях и при воздействии помех на сигнал.

2.                Исследовать прохождение сложного сигнала по системе связи с ИКМ в идеальных условиях и при воздействии помех на сигнал.

 

Методические указания

 

1. Исследование прохождения гармонического сигнала по системе связи с ИКМ.

1.1. Настроить осциллограф. Для этого установить усиление в канале 1 и 2 равным 1 В/дел. Развертку сигнала установить 1,25 мс/дел.

1.2. На блоке «Источник сообщения» выбрать «гармонический» сигнал.

1.3. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «амплитудная модуляция».

1.4. В канал №1 подключить контрольную точку 1. В канал №2 поочередно подключать контрольные точки 2-9. Наблюдать и зарисовать полученные осциллограммы, написать, с выхода какого устройства они получены.

1.5. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «частотная модуляция». Повторить п. 1.4 для выбранного вида модуляции.

1.6. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «относительная фазовая модуляция». Повторить п. 1.4 для выбранного вида модуляции.

1.7. На блоке «Источник помехи» нажать кнопку «Да» рядом с надписью «подключить помеху». Изменяя дисперсию помехи от 0 до 0,3 наблюдать влияние помехи на прохождение гармонического сигнала с ИКМ по системе связи при различных видах вторичной модуляции. Зарисовать осциллограммы сигнала при установленной дисперсии помехи 0,05; 0,2 и 0,3.

 

2. Исследование прохождения сложного сигнала по системе связи с ИКМ.

2.1. Настроить осциллограф. Для этого установить усиление в канале 1 и 2 равным 1 В/дел. Развертку сигнала установить 1,25 мс/дел.

2.2. На блоке «Источник сообщения» выбрать «гармонический» сигнал.

2.3. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «амплитудная модуляция».

2.4. В канал №1 подключить контрольную точку 1. В канал №2 поочередно подключать контрольные точки 2-9. Наблюдать и зарисовать полученные осциллограммы, написать, с выхода какого устройства они получены.

2.5. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «частотная модуляция». Повторить п. 1.4 для выбранного вида модуляции.

2.6. На блоке «Модулятор» выбрать вид вторичной модуляции «относительная фазовая модуляция». Повторить п. 1.4 для выбранного вида модуляции.

2.7. На блоке «Источник помехи» нажать кнопку «Да» рядом с надписью «подключить помеху». Изменяя дисперсию помехи от 0 до 0,3 наблюдать влияние помехи на прохождение гармонического сигнала с ИКМ по системе связи при различных видах вторичной модуляции. Выбрать вид вторичной модуляции «амплитудная модуляция». Зарисовать осциллограммы сигнала при установленной дисперсии помехи0,05; 0,2 и 0,3.

 

Содержание отчета

 

Отчет по выполненной работе должен содержать:

1.                          Название и цель лабораторной работы.

2.                          Структурная схема системы связи с ИКМ.

3.                          Полученные осциллограммы сигналов.

4.                          Выводы о проделанной работе.

 

Контрольные вопросы

 

1.                          Сформулируйте теорему Котельникова и запишите ряд Котельни­кова.

2.                          Нарисуйте график и объясните свойства базисной функции ряда Котельникова.

3.                          В чём причина погрешностей при дискретизации реальных сигна­лов?

4.                          Как оценивается среднеквадратичная погрешность, возникающая при дискретизации сигнала, спектр которого не ограничен?

5.                          Как восстанавливается дискретизированный сигнал?

6.                          Что называется идеальным фильтром нижних частот?

7.                          Что называется импульсной переходной характеристикой радио­технического устройства?

8.                          Какой вид имеет импульсная характеристика идеального фильтра нижних частот?

9.                          В чём отличие формы импульсных и частотных характеристик идеального и реального ФНЧ?

10.                     В чём причина погрешностей, возникающих при восстановлении сигнала?

11.                     Как производится дискретизация радиосигналов?

12.                     В чём особенности дискретизации случайных сигналов?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1.     M.J.Roberts. Signals and systems. Analysis Using Transform Methods and MATLAB, 2012

2.     A.A.Abduazizov, M.M.Muhitdinov, Ya.T.Yusupov. Radiotexnik zanjirlar va signallar. – T., Shams ASA, 2012.

3.     А.Абдуазизов. Электр алоқа назарияси. (Дарслик). – Т.: “Фан ва техника”, 2011.

4.     Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебное пособие. - М., Высшая школа, 2005.

5.     Кловский Д.Д., Назаров М.В., Зюко А.Г. Теория электрической связи. — М., Радио и связь, 1998.

6.     Иванов М.Т., Сергиенко А.Б., Ушаков В.Н. Теоретические основы радиотехники. -М., Высшая школа, 2002.

7.     Радиотехнические цепи и сигналы: учебное пособие для вузов. Васильев Д.В., Виголь М.Р., Горшенков Ю.Н. и др. под ред. Самойло К.А. - М., Радио и связь, 1982.

8.     Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. -М., Высшая школа, 1999.

9.     Яковлев А.Н. Радиотехнические цепи и сигналы. - М., Высшая школа,

10.  Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М., Радио и связь, 1998.

11.  Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М., Радио и связь, 1998.

12.  Каганов В.И. Радиотехника+компьютер MATLAB. - М., Горячая линия-Теле ком, 2001.

13.  Ю.Зиновьев A.JL, Филлипов Л.И. Введение в теорию сигналов и цепей. Учебное пособие для вузов. -М., Высшая школа, 1975.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

Предисловие…………………………………………………………………

2

Лабораторная работа №1 Исследование спектров периодических сигналов…………………………………………………………………..….

3

Лабораторная работа № 2 Исследование спектров непериодических сигналов ………………………………………………………………….….

5

Лабораторная работа № 3 Формирование и исследование последовательности периодических импульсов………………………….

6

Лабораторная работа № 4Синтез сигналов по Фурье…………………….

9

Лабораторная работа № 5 Исследование цифро-аналогового преобразователя……………………………………………………….…….

11

Лабораторная работа № 6 Исследование аналого-цифрового преобразователя…………………………………………………….……….

13

Лабораторная работа №7 Дискретизация непрерывных сигналов...........

15

Лабораторная работа № 8 Исследование модулятора и демодулятора  АИМ сигналов………………………………………………………………

19

Лабораторная работа № 9 Исследование модулятора и демодулятора  ШИМ сигналов………………………………………………………………

21

Лабораторная работа № 10 Исследование сигналов импульсной модуляции…………………………………………………………………….

23

Лабораторная работа № 11 Импульсно кодовая модуляция……………...

25

Список литературы………………………………………………………….

28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методическое указание

к выполнению виртуальных

лабораторных работ по курсу

«Сигналы и системы»

 

 

Рассмотрено на заседании кафедры

Э и РТ (протокол № 27 от 04.03.14)

и рекомендовано к печати

 

ТУИТ учебно-методический совет

(протокол № 7 (68) от 20.03.14)

и рекомендовано к печати

 

 

Составили:

Абдуазизов А.А.

Фазилжанов И.Р.

Шоюсупова Х.Х.

Собирова У.Ш.

Ядгарова Н.А.

Мамажанов Ж.И.

 

 

 

Редакционно-корректурная комиссия:

 

Редактор_______________ Абдуазизов А.А.

Корректор_______________Абдуллаева С.Х.