УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра

Теория передачи сигналов

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по курсу

«РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ»

часть 1

для направления образования

Радиотехника (5522000)

Ташкент 2002

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.	Описание лабораторного оборудования ........…………………………..
2.	Лабораторная работа № 1 «Исследование LC генератора синусоидальных колебаний»……………………………………………
3.	Лабораторная работа № 2 «Исследование резистивно-ёмкостного генератора»………………………………………………………………...
4.	Лабораторная работа № 3 «Ограничение колебаний»...................…….
5.	Лабораторная работа № 4 «Умножение частоты».........................……..
6.	Лабораторная работа № 3 «Исследование амплитудного модулятора»
7.	Лабораторная работа № 4 «Детектирование амплитудно-модулированных колебаний».......................................................……….
8.	Лабораторная работа № 5 «Исследование преобразователя частоты».
9.	Лабораторная работа № 6 «Исследование частотного модулятора и частотного детектора» ....................................................................……..
10	Лабораторная работа № 7 «Исследование однополосной и балансной модуляции».......................................................................………………..
11	Лабораторная работа № 8 «Исследование синхронного детектора».......……………………………………………………………
12	Лабораторная работа № 9 «Дискретизация непрерывных сигналов»...………………………………………………………………..
13	Лабораторная работа № 10 «Цифровая передача непрерывных сигналов»…………………………………………………………………..

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Цикл лабораторных работ по курсу «Радиотехнические цепи и сигналы» часть 1, выполняется с целью изучения процессов преобразования формы и спектров электрических сигналов в типовых радиотехнических цепях, применяемых в устройствах электрической связи.

Лабораторные работы проводятся на базе двух универсальных лабораторных установок:

1. Комплекс технических средств для лабораторных исследований каналов связи (КТС ЛИРТУ).

2. Комплекс технических средств для лабораторных исследований каналов связи (КТС ЛИКС).

С помощью первой установки (КТС ЛИКС) выполняются работы:

1. Исследование LC генератора синусоидальных колебаний.

2. Исследование резистивно-ёмкостного генератора

3. Ограничение колебаний (работа № 3).

4. Умножение частоты (работа №4).

5. Исследование амплитудного модулятора (работа №5).

6. Детектирование амплитудно-модулированных колебаний (работа №6).

7. Исследование преобразователя частоты (работа №7).

8. Исследование частотного модулятора и частотного детектора (работа №8).

9. Исследование однополосной и балансной модуляции (работа №9).

10. Исследование синхронного детектора (работа №10).

С помощью второй установки (КТС ЛИКС) выполняются работы:

11. Дискретизация непрерывных сигналов (работа №11).

12. Цифровая передача непрерывных сигналов (работа №12).

Рабочее место исследователя комплектуется одной из названных лабораторных установок, двухлучевым электронным осциллографом для совместного наблюдения процессов в различных точках устройств и генераторами гармонических колебаний.

Универсальные лабораторные установки состоят из законченных функциональных блоков, на передних панелях которых указаны номер и название, а также изображена схема, и установлены гнезда, соединенные с её контрольными точками. Измерительные приборы и лабораторные установки заземлены, поэтому подключения входов и выходов приборов с контрольными точками исследуемой схемы выполняется с помощью одиночных проводов с двумя наконечниками. Включение лабораторной установки производится выключателями "Сеть". При включении загорается сигнальная лампочка.

Лабораторная установка КТС ЛИРТУ имеет в своём составе стрелочные миллиамперметр и вольтметр, которые расположены в блоке питания и измерений в верхней установки. Там же находится регулятор напряжения смещения с подписью "Смещение" и кнопочный переключатель "Номер макета", предназначенный для выбора исследуемого блока. При нажатии кнопки с номером выбранного блока, на передней панели последнего начинает светиться светодиод, и к исследуемой схеме подключается вольтметр и миллиамперметр. Вольтметр предназначен для установки и измерения напряжения смещения Е_см, имеющегося в каждой схеме. Место подключения миллиамперметра при нажатии замыкают цепь, в которой они установлены, при отжатии - размыкают. На блоке №6 имеется кнопочный переключатель для выбора функциональных узлов.

КТС ЛИРТУ содержит два встроенных генератора гармонических колебаний с частотами F=1кГц и f=180кГц. Выходы этих генераторов соединены с гнездами на лицевой панели макета. Амплитуды напряжений на выходах генераторов могут меняться с помощью регуляторов от 0 до 1В. В генераторе с частотой f=180кГц можно осуществить амплитудную модуляцию выходного напряжения с частотой модулирующего сигнала F=1кГц. Глубина модуляции амплитуды регулируется ручкой "М глубина модуляции".

При выполнении лабораторных работ внимательно изучите задание и строго следуйте методическим указаниям. Это обеспечивает Вам успех в изучении основ построения и функционирования различных радиотехнических устройств и систем.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Радио и связь, 1988.

2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Радио и связь, 1988.

3. Кушнир В.Ф., Ферсман Б.А. Теория нелинейных электрических цепей. М., Связь, 1974.

4. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. М., Связь, 1982.

5. 3юко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи сигналов М., Радио и связь, 1986.

6. Кловский Д.Д. Теория передачи сигналов. М.,Связь, 1973. 7.3юко А.Г., Коржик К.И., Назаров М.В., Кловский Д.Д. Теория электрической связи. М., Радио и связь, 1998.

7. Теория электрической связи под ред. Кловского Д.Д. М., Радио и связь, 1999.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ LС -ГЕНЕPATOPA СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Цель работы: исследование самовозбуждения и генерации колебаний в LC -генераторе и экспериментальное исследование систем с обратной связью под внешним воздействием.

Описание лабораторной установки

В работе изучается процесс самовозбуждения в генераторе, схема которого изображена на рис.1.1. Эта же схема лежит в основе исследования систем с обратной связью под внешним воздействием.

Рис. 1.1. Схема LC –генератора

Колебательный контур в цепи стока полевого транзистора vti образован катушкой индуктивности L2 и конденсатором СЗ. Положительная обратная связь осуществляется с помощью катушки L1 и включается с помощью переключателя "+ВКЛ". Переключателем "-ВКЛ" включается отрицательная обратная связь. Величина взаимной индукции М катушек L1 и L2 регулируется ручкой М. Напряжение смещения Е_см измеряется вольтметром и регулируется потенциометром» которые расположены в верхней части лабораторной установки. Переключатели "РЕГ" и "АВТ" служат для включения напряжения смещения, регулируемого и автоматического, соответственно. Прерыватель используется для изучения переходных процессов и включается кнопкой "ВКЛ". Для наблюдения фазовых портретов в схему включена дифференцирующая цепочка.

При проведении исследования в работе используется генератор высокой частоты (ГВЧ), осциллограф и счетчик.

Лабораторная работа состоит из двух частей. В первой части исследуются режимы самовозбуждения и генерации колебаний, во второй - воздействие внешних колебаний на систему с обратной связью.

Лабораторное задание

Часть 1

Исследование режимов самовозбуждения и генерации колебаний в LC -генераторе

1. Исследовать колебательные характеристики в мягком и жестком режимах самовозбуждения.

2. Определить частоту генерируемых колебаний.

3. Исследовать зависимость амплитуды генерируемого напряжения от величины взаимоиндукции М в мягком и жестком режимах самовозбуждения»

4. Исследовать переходные процессы в мягком и жестком режимах самовозбуждения.

5. Исследовать фазовые портреты.

Часть П

Исследование систем с обратное связью и од внешним воздействием

I. Исследовать зависимость коэффициента усиления регенеративного усилителя от величины обратной связи при различных напряжениях сигнала.

II. Исследовать частотную характеристику регенеративного усилителя.

III. Исследовать явление синхронизации.

Методические у к а з а н и я

Часть I

1. Исследовать колебательные характеристики автогенератора в мягком и жестком режимах самовозбуждения

В данном пункте вместo амплитуды тока первой гармоники измеряется пропорциональная ей величина напряжения U₁ = I₁ R ; где R - резонансное сопротивление контура

1.1. Включить лабораторную установку и макет №2 с помощью кнопок, расположенных в верхней части лабораторной установки.

1.2. Разомкнуть цепь обратной связи, установив переключатели “+ВКЛ" и "-ВКЛ" в отжатое положение.

1.3. Установить рабочую точку в область мягкого peжима Е_см»1В, при этом нажать кнопку смещения “РЕГ".

1.4. На вход автогенератора (гнездо I) подать от ГВЧ колебание с амплитудой U = 50 мВ.

1.5. Подключить к выходу автогенератора (гнездо 3) вход yi осциллографа.

1.6. Установить частоту колебаний на выходе ГВЧ равной резонансной частоте колебательного контура f_pез=40 кГц. По максимальной амплитуде осциллограммы установить резонансную частоту.

1.7. Изменяя амплитуду входного сигнала от ГВЧ в пределах от 0 до IВ через 100 мВ измерить амплитуду выходного напряжения в клетках шкалы экрана осциллографа. Результаты измерений занести в таблицу 1.1.

1.8. Установить рабочую точку в область жесткого режима Е_см = 2,5В и повторить пункт 1.7.

Таблица 1.1.

Uвх, В	Мягкий режим Есм=
Uвых, В
Uвх, В	Жесткий режим Есм=
Uвых, В

2. Определить частоту генерируемых колебаний

2.1. Отключить ГВЧ.

2.2. Установить рабочую точку в область мягкого режима.

2.3. Включить цепь обратной связи, нажав кнопку "+ВКЛ".

2.4. Вращая ручку взаимоиндукции М добиться максимальной амплитуды колебания на экране осциллографа.

2.5. Включить счетчик кнопкой "СЕТЬ" для измерения частоты и нажать кнопку "СЧЕТЧ".

2.6. Соединить гнездо 3 автогенератора со входом “А" счетчика и записать показания счетчика.

2.7. Отключить счетчик от генератора.

3. Исследовать зависимости амплитуды генерируемого напряжения от величины взаимоиндукции М в мягком и жестком режимах самовозбуждения

3.1. Установить рабочую точку в область мягкого режима Е_см=1В.

3.2. Включить цепь положительной обратной связи нажатием кнопки “+ВКЛ" и нажать кнопку "РЕГ** переключателя смещения.

3.3. Изменяя положение ручки М от 0 до 3 мГ с шагом 0,25 мГ, определить по клеткам экрана осциллографа величину амплитуды генерируемых колебаний. Результаты измерений занести в таблицу 1.2.

3.4. Повторить пункт 3.3, изменяя М от 3 до 0.

3.5. Установить напряжение смещения, соответствующее жесткому режиму. Для этого ручку М установить в положение 3 мГ. Плавно уменьшая напряжение смещения от 5В определить величину Е_см, при которой скачкообразно возникают колебания в автогенераторе.

3.6. Повторить измерения по пунктам 3.3, 3.4. Результаты занести в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

М	0	Мягкий режим Есм=
Uвых, В
М	3
Uвых, В
М	0	Жесткий режим Есм=
Uвых, В
М	3
Uвых, В

4. Исследовать переходные процессы в

мягком и жестком режимах самовозбуждения

4.1. Отключить ГВЧ, ручку М установить в положение "З". Рабочую точку установить в область жесткого режима. Нажать кнопку-прерыватель "BКЛ”. Получить на экране осциллографа осциллограмму двух импульсов и зарисовать ее.

4.2. Уменьшить напряжение смещения до величины, соответствующей мягкому режиму и зарисовать осциллографу.

4.3. Отметить различие между осциллограммами п.п. 4.1 и 4.2.

5. Исследовать фазовые портреты

5.1. Соединить гнездо 3 автогенератора со входом Y₁ осциллографа. Гнездо 4 соединить со входом 1:1 блока синхронизации. Переключатель синхронизации установить в положение Вх.”Х”. Получить на экране осциллографа круговое изображение фазового портрета.

5.2. Установить напряжение смещения в области мягкого режима. Нажать кнопку "ВКЛ" прерывателя и включить обратную связь кнопкой “+ВКЛ".

5.3. Изменяя положение ручки М от 0 до 3мГ добиться устойчивого изображения спирали на экране осциллографа. Полученное изображение зарисовать.

Часть II

I. Исследовать зависимость коэффициента усиления регенеративного усилителя от величины обратной связи при различных напряжениях сигнала

1.1. На вход автогенератора (гнездо I) подключить ГВЧ и установить напряжение U_вх = 50 мВ. К выходу автогенератора (гнездо 3) подключить вход Y₁ осциллографа. Установить Е_см в область мягкого режима.

1.2. Включить кнопку обратной связи "+ВКЛ” и изменять величину обратной связи ручкой М от "О" до значения, соответствующего пopoгy возбуждения через 0,25 мГ. Снять зависимость U_вых от величины обратной связи. Результаты измерения занести в таблицу 1.3.

1.3. Установить на ГВЧ U_вх = 500 мВ и повторить п. 1.2.

Таблица 1.3

2. Исследовать частотную характеристику регенеративного усилителя

2.1. Выключить обратную связь, установив переключатели "-ВКЛ" и "+ВКЛ” в отжатое положение, ручку М в положение "О" и напряжение смещения установить в область мягкого режима.

2.2. Подключить генератор к гнезду I, установить U_вых ГВЧ = 50 мВ и частоту равной резонансной частоте колебательного контура автогенератора.

2.3. Уменьшая частоту определить минимальное значение частоты входного колебания f_min, при которой амплитуда колебания на выходе автогенератора уменьшается от 0,I до уровня при резонансе.

2.4. Увеличить частоту от резонансной и определить f_mах.

2.5. Изменяя частоту колебаний ГВЧ от f_min, до f_mах выполнить 10-12 измерений амплитуды выходного напряжения при разных значениях частоты, включая резонансную частоту. Результаты измерений занести в таблицу 1.4.

2.6. Включить обратную связь кнопкой "+ВКЛ" и отключить ГЗЧ.

2.7. Плавно вращая ручку М вправо определить значение взаимоиндукции, при которой возникают колебания, а затем слегка повернуть ручку влево до срыва колебаний.

2.8. Повторить п.п. 2.2, 2.3, 2.4. Результаты занести в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

3. Исследовать явление синхронизации

3.1. Подключить ГВЧ к гнезду I автогенератора и установить напряжение U_вх=1В. Вход Y_I осциллографа соединить со входом автогенератора (гнездо I). Включить кнопку смещения "АВТ" и обратную связь кнопкой "+ВКЛ”.

3.2. Выход автогенератора (гнездо 3) соединить со входом 1:1 блока синхронизации осциллографа, при этом переключатель синхронизации установить в положение вход “Х". Ручку М установить в положение 3 мГ.

3.3. Изменяя частоту ГВЧ от 30 до 50кГц получить на экране осциллографа изображение эллипса.

3.4. Уменьшая частоту ГВЧ определить нижнюю границу полосы синхронизации f_min, появлению прямоугольного сплошного изображения на экране осциллографа. Значение частоты f_min, записать в таблицу 1.5.

3.5. Увеличивая частоту ГВЧ получить эллипс, а затем прямоугольную сплошную фигуру. Значения частоты f_mах записать в таблицу 1.5.

3.6. Повторить пп. 3.4, 3.5 при напряжении от ГВЧ в пределах от I В до 0 через 0,1 В. Результаты занести в таблицу 1.5.

Таблица 1.5.

U_вх, В

f_min,кГц

f_mах,кГц

Df,кГц

3.7. Полоса синхронизации рассчитывается по формуле Df = f_mах - f_min/2

3.8. Построить график зависимости Df =j (U_вх)

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Принципиальную схему LС -генератора.

2. Результата измерений, оформленные в виде таблиц.

3. Графики экcпериментальных характеристик.

Контрольные вопросы

I. Чем отличается положительная обратная связь от отрицательной?

2. Что называется балансом амплитуд и балансом фаз? Каков их физический смысл?

3. Что называется средней крутизной вольт-амперной характеристики?

4. Как изменяется средняя крутизна вольт-амперной характеристики в зависимости от величины входного напряжения и выбора рабочей точки?

5. Поясните методику определения стационарной амплитуды по колебательным характеристикам в мягком и жестком режимах самовозбуждения.

6. Поясните методику определения стационарной амплитуды до графикам средней крутизны в мягком и жестком режимах самовозбуждения.

7. Нарисуйте трехточечные схемы автогенераторов и напишите условия их самовозбуждения.

8. Нарисуйте схемы LC-генераторов с параллельным и последовательным питанием. Поясните их достоинства и недостатки.

9. В чем состоит назначение автоматического смещения в схемах автогенераторов?

10. Как зависят коэффициент усиления и частотная характеристика регенеративного усилителя от величины обратной связи при различных напряжениях сигнала?

11. В чем заключаются преимущества и недостатки регенеративного усилителя?

12. Поясните различие переходных процессов в мягком и жестком режимах самовозбуждения.

13. Что называется фазовым портретом автогенератора?

14. Что называется синхронизацией?

15. Как зависит полоса синхронизации от амплитуды входного воздействия?

16. Что такое явление синхронизации на гармониках, и каково его практическое применение?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗИСТИВНО-ЕМКОСТНОГО ГЕНЕРАТОРА ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Цель работы: исследовать условия самовозбуждения и режим стационарных автоколебаний генератора; приобрести практические навыки исследования автогенераторов в стационарном режиме работы.

Описание лабораторной установки

В работе исследуется резистивно-емкостной генератор (RС-генератор) гармонических колебаний, который расположен в блоке № 3 лабораторной установки. Структурная схема приведена на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Структурная схема лабораторной установки

для исследования RС-генератора

RС-генератор содержит усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и RC-цепь. В генераторах изучаемого типа обычно применяют широкополосные усилители, у которых величина усиления практически не меняется в широкой полосе частот: К (w)=K , а фазовый сдвиг усилителя в этой же полосе частот практически равен нулю j(w)=0.

Электрическая схема блока №3 представлена на рис. 2.2.

Усилитель выполнен на двух полевых транзисторах vti и VT2. Коэффициент усиления усилителя изменяется при помощи ручки "Усиление". Кнопкой "1 ® 2" включается или отключается обратная связь в усилителе, и кроме того, имеется возможность подключения инерционной обратной связи (ИОС) нажатием кнопки "ВКЛ" ИОС. Гнездо 3 служит для подключения ко входу усилителя внешнего генератора, либо при нажатии на кнопку "2®3^” на вход усилителя подается напряжение обратной связи, снятое с одного из плеч частотоизбирательной (фазобалансной) RC-цепи. Одновременно на другое плечо RС-цепи подается напряжение ОС с усилителя. Сопротивления обоих резисторов R1 и R2 и емкости обоих конденсаторов C1 и С2 в параллельном к последовательном звеньях фазобалансной цепи равны друг другу. Изменяя одновременно сопротивления резисторов R1 и R2 ручкой "Частота" можно изменять частоту автоколебаний RС-генератора.

Лабораторное задание

1. Исследовать амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики (АЧХ и ФЧХ) фазобалансной RС-цепи.

2. Снять колебательную характеристику и по ее графику определить амплитуду стационарных автоколебаний.

3. Измерять частоту автоколебаний.

4. Исследовать форму генерируемых колебаний.

5. Исследовать фазовый портрет автогенератора.

Рис. 2.2. Электрическая схема RC-генератора

Методические указания

I. исследовать амплитудно-частотную и фазо-частотную

характеристики (АЧХ и ФЧХ)

Для исследования АЧХ и ФЧХ необходимо выполнить следующее:

1.1. Включить лабораторную установку и блок №3 лабораторной установки. Включить генератор и осциллограф.

1.2. На блоке № 3 лабораторной установки все кнопки должны быть отжаты. Ручку "Частота" установить в крайнее левое положение, а ручку "Усиление" установить в крайнее правое положение.

1.3. Соединить выход генератора с гнездом I. Установить на выходе генератора частоту f = 200 Гц и амплитуду U = 3.0 В.

1.4. Ручку "Синхронизация" на осциллографе установить в положение "ВНУТР. I"? а вход Y_l- соединить с гнездом 2.

1.5. Изменяя частоту генератора f от 200 Гц до 2 кГц, измерять напряжение U при помощи осциллографа. Результаты измерений занести во вторую строку таблицы 2.1.

1.6. Ручку "Синхронизация" на осциллографе установить в положение "ВХОД X", а вход "X" соединить с гнездом I. Отсоединить вход "Y₁ осциллографа и установить напряжение на выходе таким, чтобы длина горизонтальной линии равнялась шести клеткам на экране осциллографа.

1.7. Отсоединить вход "X" осциллографа и установить на выходе генератора первое значение частоты f из таблицы 2.1.

I.8. Соединить вход "yi" осциллографа с гнездом 2. Ручкой "Усиление" на осциллографе установить размер вертикальной линии, равный шести клеткам экрана осциллографа.

1.9. Соединить вход "X" осциллографа с гнездом I. При этом на экране осциллографа появится фигура Лиссажу (см. рис. 2.3). Измерить (в мм) отрезки А и Б. Сдвиги фаз вычислить по формуле: Ф=arcsinA/Б. Отсоединить вход "X" осциллографа.

1.10. Повторить пп. 1.8 и 1.9 для всех значений частоты из таблицы 2.1. Результаты измерений занести в третью и четвёртую строки таблицы 2.1.

Рис. 2.3. Фигура Лиссажу

Таблица 2.1.

f, кГц	0,2	0,4	0,6	………….	2
U, В
A, мм
B, мм
Ф, град

I.II. По данным таблицы 2.1. построить годограф Найквиста и определить частоту генерации f_г.

2. Снять колебательную характеристику усилителя,

т.е. зависимость U_вых (U_вх), при разомкнутой цепи обратной связи

2.1. Повторить пункт 1.2. Соединить выход генератора с гнездом 3. Установить на генераторе частоту f_г.с амплитудой 2,0 В.

2.2. На осциллографе ручку "Синхронизация" установить в положение "ВНУТР.I^м. а вход "Y1" соединить, c гнездом 4.

2.3. Изменяя напряжение генератора U_вх от 2 до 0В через 0,2В, измерять соответствующие значения напряжения U_вых, на экране осциллографа. Результаты измерений занести в таблицу 2.2

Таблица 2.2.

Uвх, В	2	1,8	1,6	………….	0
Uвых,В ИОС выкл.
Uвых,В ИОС вкл.

2.4 . Включить инерционную обратную связь нажатием кнопки "ВКЛ. ИОС" и повторить пункт 2.3 измерений.

2.5. По данным таблицы 2.2 построить графики в одной системе координат. Сравнить графики при включенной и выключенной ИОС.

3. Измерить частоту автоколебаний.

3.1. Повторить пункт 1.2. Включить частотомер и соединить его вход "А" с гнездом 4. Нажать кнопку "2 ®3" и записать установившиеся через 2..3 мин показания частотомера. Сравнить показания частотомера с частотой f_г .

4. Исследовать форму генерируемых колебаний

4.1. Повторить пункт 1.2. Соединить вход "yi" осциллографа с гнездом 4 блока № 3 лабораторной установки.

4.2. Замкнуть обратную связь через фазобалансную RC-цепь нажатием кнопки "2 ® З". Наблюдать и зарисовать осциллограммы колебаний при включённой и выключенной ИОС.

4.3.Соединить непосредственно выход усилителя с его входом нажатием кнопки "2® I". Наблюдать и зарисовать осциллограммы колебаний при включённой и выключенной ИОС.

5. Исследовать фазовый портрет

5.1. Повторить пункт 1.2. Соединить вход "Х" осциллографа с гнездом 4, а вход "Y1" с гнездом 5. На осциллографе ручку "Синхронизация" установить в положение "ВХОД Х".

5.2. Замкнуть обратную связь через фазобалансную RС-цепь нажатием кнопки "2 ® 3" и включить ИОС. При помощи ручки "Усиление" осциллографа добиться, чтобы размер фигуры на экране осциллографа был одинаков по горизонтали и вертикали.

5.3. На блоке № 3 лабораторной установки нажать кнопку "ВКЛ" Прерывателя и, вращая ручку "Усиление", получить устойчивое изображение фазового портрета в виде спирали. Полученную осциллограмму зарисовать.

5.4. На осциллографе поставить ручку "Синхронизация" в положение "Внутр. I" и зарисовать полученную осциллограмму переходного процесса.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Структурную и электрическую схемы установки.

2. Таблицы измерений и графики АЧХ и ФЧХ.

3. Годограф Найквиста.

4. Таблицу измерений и графики колебательной характеристики.

5. Значения частоты генерации, определенные при помощи годографа Найквиста и частотомера.

6. Осциллограммы генерируемых колебаний.

7. Осциллограммы фазового портрета и переходного процесса.

Контрольные вопросы

1. Что называется обратной связью; в чем назначение цепи обратной связи в автогенераторах?

2. Начертите схемы четырехполюсников и цепи обратной связи в схемах RС-автогенераторов (генератор с фазобалансной цепью и с трехзвенной RC-цепочкой).

3. Каким образом обеспечивается выполнение условий баланса фаз и баланса амплитуд в схеме с фазобалансовым мостом и в схеме с трехзвенной цепочкой?

4. Чем обеспечивается гармоническая форма автоколебаний в RC-генераторах? Что называют элементами инерционной нелинейностью, в какую цепь их включают, для чего?

5. Напишите формулы частоты автоколебаний в фазобалансной схеме и в схеме с трехзвевной RС-цепочкой.

6. Как и почему изменится частота колебаний в схеме генератора с цепочкой из трех RC-звеньев, если к цепочке добавить четвертое звено?

7. Нарисуйте схемы для измерений амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик в данной работе..

8. Объясните метод измерений разности фаз колебаний по фигypaм Лиссажу.

9. Как по известной амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристикам построить амплитудно-фазовую характеристику системы?

10. Сформулируйте критерий устойчивости Найквиста.

11. Сравните преимущества и недостатки генераторов типа RС и LC.

12. Что называется фазовым портретом?

ЛАБОРАТОНАЯ РАБОТА №3

ОГРАНИЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ.

Цель работы: изучение принципиальных схем ограничителей мгновенных и амплитудных значений колебаний и исследование их характеристик; приобретение навыков экспериментального исследования преобразований сигналов в нелинейных безынерционных цепях.

Описание лабораторной установки.

В лабораторной работе исследуется транзисторный ограничитель мгновенных значений и транзисторный ограничитель амплитудных значений.

На рис.3.1 изображена электрическая схема исследуемого ограничителя колебаний.

Рис. 3.1. Схема ограничителя.

В качестве нелинейного элемента используется полевой транзистор VТ1. Нагрузку транзистора можно менять: при нажатии кнопки "R" нагрузкой транзистора служит резистор R, и мы имеем возможность исследовать ограничитель мгновенных значений; при нажатии кнопки "LС" в выходную цепь транзистора включается параллельный колебательный контур LС, и мы имеем возможность исследовать ограничитель амплитудных значений.

Гнезда 4, 5 используются для подключения осциллографа. При выполнении лабораторной работы наблюдается форма сигнала на входе транзистора (гнездо 4), на его выходе (гнездо 5). Амплитуда выходного тока транзистора измеряется миллиамперметром, который находится на лицевой панели лабораторного макета. Диод VD1, конденсаторы с_н резистор R_н не входят в состав ограничителя и используются с целью измерения выходного тока транзистора (кнопки 3, 30, 300 должны быть отжаты).

В лабораторной работе используется генератор низкочастотных гармонических колебаний и осциллограф.

Напряжение смещения, как в схеме транзисторного ограничителя мгновенных значений, так и в схеме транзисторного ограничителя амплитудных значений регулируется ручкой "смещение" на лицевой панели лабораторного макета.

Вольтметр, расположенный на лицевой панели, показывает значение напряжения смещения (отрицательное).

Лабораторное задание.

1. Исследовать транзисторный ограничитель мгновенных значений.

2. Исследовать транзисторный ограничитель амплитудных значений.

Методические указания.

1. Исследовать транзисторный ограничитель мгновенных значений.

1.1. Включить лабораторную установку и блок №1 лабораторной установки. Включить измерительные приборы. Нажатием кнопки "R" включить в выходную цепь транзистора нагрузку R.

1.2. Снять и построить вольтамперную характеристику (ВАХ) транзистора.

Для снятия ВАХ транзистора необходимо изменять напряжение смещения Е_см от 0 до 3 через 0,2 В (вольтметр показывает отрицательные напряжения). Для каждого показания миллиамперметра, показывающего значение тока при нажатой кнопке, расположенной в правой нижней части задней стенки лабораторной установки. Результаты измерений тока занести в таблицу 1.1

Таблица 3.1.

Есм,В	0	-0,2	-0,4	-0,6	-0,8	…….	-2,4	-2,6	-2,8	-3
I,мА

По табличным данным построить ВАХ.

1.3. Получить выходной сигнал без ограничения.

1.3.1.По построенной ВАХ определить значение напряжения смещения Е_см, которой соответствует середине линейного участка ВАХ. По той же характеристике определить максимальную амплитуду входного напряжения, которая не выходит за пределы линейного участка ВАХ.

1.3.2.Подключить генератор НЧ к входному гнезду 3 транзисторного ограничителя. На генераторе установить частоту 14 кГц и выходное напряжение, определенное по ВАХ. Установить напряжение смещения Е_см, выбранное по ВАХ,

1.3.3.Соединить вход Y₁ осциллографа с гнездом 3, а вход Y₂ с гнездом 5. Синхронизация осциллографа в режиме "вход 1".

1.3.4.Зарисовать одну под другой полученные осциллограммы на входе и выходе ограничителя и записать напряжение смещения и амплитуду напряжения генератора.

1.4. Получить ограничение снизу.

1.4.1. По ВАХ определить значение напряжения смещения Е_см, которое соответствует нижнему загибу ВАХ.

1.4.2. Ручкой Е_см установить найденное значение напряжения смещения.

1.4.3. Значения частоты и амплитуды выходного сигнала генератора НЧ оставить такими же, как в п. 1.3.1.

1.4.4. Зарисовать полученные осциллограммы, и записать напряжения смещения на выходе генератора.

1.5. Получить двустороннее ограничение.

1.5.1. Ручкой Е_см установить напряжение смещения, соответствующее середине линейного участка ВАХ.

1.5.2. На генераторе НЧ установить амплитуду выходного сигнала в несколько раз больше, чем в п. 1.3.

1.5.3. Плавно изменяя напряжение смещения добиться симметричного ограничения синусоидального колебания как сверху, так и снизу.

1.5.4. 3арисовать полученные осциллограммы и записать напряжения смещения и на выходе генератора.

2. Исследовать транзисторный ограничитель амплитудных значений.

2.1. Нажатием кнопки "LС" включить в выходную цепь транзистора LС колебательный контур.

2.2.Установить напряжение смещения Е_см, соответствующее середине прямолинейного участка ВАХ.

2.3. Подключить к гнезду 3 вход Y₁ осциллографа, к гнезду 5 подключить Y₂.

2.4. Оставив подключенным к гнезду 3 генератор низкой частоты, установить на его выходе амплитуду колебаний 0,5В. Изменяя частоту ГНЧ от 11 до 17 кГц, добиться резонанса в контуре по максимуму амплитуды выходного сигнала на экране осциллографа. Значение частоты f_р записать.

2.5. Снять и построить амплитудную характеристику ограничителя амплитудных значений.

2.5.1. Установить напряжение, смещения Е_см, соответствующее середине линейного участка ВАХ.

2.5.2. Оставив подключенным к гнезду 3 ГНЧ, установить f_р. Изменяя входное напряжение U_вх от 0 до 5В через 0,4В. Для каждого U_вх регистрировать показания миллиамперметра, показывающего значение амплитуды тока, которые будут пропорциональны напряжению на контуре. Результаты измерений занести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2.

Uвх,В	0	0,5	1	1,5	2	…….	3,5	4	4,5	5
I,мА

По табличным данным построить амплитудную характеристику ограничителя I=f(U_вх).

2.6. Наблюдать и зарисовать полученные осциллограммы при различных режимах работы транзистора.

2.6.1. Установить напряжение смещения Е_СМ, соответствующее середине линейного участка ВАХ.

2.6.2. Оставив подключенным к гнезду 3 ГНЧ, установить f_р и амплитуду выходного напряжения, найденное п. 1.3.1.

2.6.3. Соединить входы “Y₁” и “Y₂” осциллографа с гнездами 3 и 5 лабораторной установки.

2.6.4. Зарисовать полученные осциллограммы.

2.6.5. Установить напряжение смещения Е_СМ, соответствующее нижнему загибу ВАХ.

2.6.6. Зарисовать полученные осциллограммы.

2.6.7. Установить напряжение смещения Е_СМ, соответствующее середине линейного участка ВАХ.

2.6.8. Установить амплитуду выходного напряжения в 2 раза больше, чем в п. 2.6.2.

2.6.9. Зарисовать полученные осциллограммы.

Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

1. Структурные схемы измерений.

2. Принципиальные электрические схемы транзисторного ограничителя мгновенных значений, и транзисторного ограничителя амплитудных значений, исследуемых в лабораторных работе.

3. Осциллограммы колебаний.

4. Таблицы измерений и графики характеристик.

5. Выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение угла отсечки.

2. Объясните с помощью метода трех координатных плоскостей сущность метода угла отсечки.

3. В чём заключается принцип ограничения колебаний ?

4. Чем отличаются ограничители мгновенных значений от амплитудных ограничителей?

5. Нарисуйте принципиальные схемы диодных ограничителей сверху, снизу и с двухсторонним ограничением и объясните принцип работы этих схем.

6. Нарисуйте временные диаграммы и амплитудные характеристики ограничителей сверху, снизу и с двухсторонним ограничением.

7. Нарисуйте принципиальную схему ограничителя амплитудных значений на транзисторе и объясните принцип работы.

8. Укажите область применения ограничителей мгновенных значений и амплитудных ограничителей.

9. Объясните назначение колебательного контура в ограничителе амплитуд.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.

УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ.

Цель работы: изучить возможность увеличения частоты гармонических колебаний в целое число раз в нелинейных цепях с избирательной нагрузкой; приобрести навыки экспериментального исследования нелинейных избирательных цепей при безинформационых преобразованиях сигнала.

Описание лабораторной установки.

В лабораторной работе используется блок №1 лабораторной установки, содержащий транзисторный умножитель частоты, схема которого приведена на рис.4.1.

Рис. 4.1. Транзисторный умножитель частоты.

Нагрузкой транзистора в умножителе частоты служит колебательный контур LС с резонансной частотой f_рез = 16 кГц. Для измерения параметров коллекторного тока транзистора в качестве нагрузки используется резистор R. Переключение нагрузки осуществляется с помощью кнопочных переключателей "ВКЛ " на блоке №1, расположенных под условными обозначениями. При нажатии левой кнопки нагрузкой транзистора служит резистор R, а при нажатии правой кнопки- колебательный контур LC.

Напряжение Е_см устанавливается при помощи регулятора "смещение " и вольтметра Е_см, расположенных в верхней части лабораторной установки в блоке питания и измерений.

При использовании в качестве нагрузки транзистора R, форма входного напряжения повторяет форму коллекторного тока транзистора. При подключении колебательного контура выходной сигнал имеет форму гармонического колебания, т.к. контур выделяет одну из гармонических составляющих сигнала, частота, которой совпадает с резонансной частотой контура.

В лабораторной работе используется генератор низкой частоты (ГНЧ) и двухлучевой осциллограф.

Измерительные приборы и лабораторная установка заземлены, поэтому все соединения выполняются при помощи одножильных проводов. Выход генератора (незаземленная клемма) соединяется со входом 1 умножителя частоты. Вход Y₁ осциллографа соединяется с гнездом 1, вход _Y2 c гнездом 5 умножителя частоты. Использование двухлучевого осциллографа позволяет выполнять совместное наблюдение осциллограмм на входе и на выходе.

Лабораторное задание.

1. Собрать схему лабораторной работы, установить электрический режим умножителя и определить резонансную частоту колебательного контура.

2. Исследовать влияние напряжения смещения на угол отсечки тока.

3. Наблюдать явление умножения частоты в 2 раза, и исследовать зависимость амплитуды выходного напряжения от угла отсечки.

Методические указание.

1. Собрать схему лабораторной установки, установить электрический режим умножителя и определить резонансную частоту колебательного контура.

1.1. Включить лабораторную установку и измерительные приборы.

1.2. Соединить выход генератора НЧ (незаземленная клемма) со входом 1 умножителя частоты.

1.3. Включить колебательный контур LC в качестве нагрузки транзистора, для этого нажать правую кнопку переключателя нагрузок.

1.4. Установить напряжение смещения Е_см, =2 В.

1.5. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой U=0,5В по измерительному прибору генератора НЧ с частотой f = 16 кГц.

1.6. Подключить вход Y₁ осциллографа к гнезду 1, а вход Y₂ к гнезду 5 умножителя частоты. Синхронизация осциллографа осуществляется в режиме " внутр. 1".

1.7. Получить в верхней части экрана осциллографа осциллограмму входного колебания, а в нижней- выходного. Осциллограммы должны содержать по 2-3 колебания (периода).

1.8. Вращая ручку установки частоты ГНЧ добиться наибольшей амплитуды выходного колебания. При точной настройке в резонанс сдвиг фаз между верхней и нижней осциллограммами равен нулю.

1.9. Записать значение резонансной частоты со шкалы установки генератора.

2. Исследовать влияние напряжения смещения на угол отсечки тока.

2.1. Оставить подключенными к умножителю частоты генератор и осциллограф, и включить резистор R в качестве нагрузки транзистора нажатием левой кнопки переключателя нагрузок транзистора.

2.2. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой 0,5В и частотой, равной резонансной частоте колебательного контура.

2.3. Изменяя напряжение от 0 до 3 В наблюдать изменение формы колебаний на выходе схемы. При напряжении смещения Е_см=1В выходное колебание близко по форме к гармоническому. При увеличении напряжения до 3В происходит ограничение (отсечка) колебания. Графики, поясняющие процесс ограничения, показаны на рис.4.2.

Рис. 4.2. Процесс ограничения.

Для определения угла отсечки q в градусах по осциллограмме выходного колебания требуется измерить в клетках шкалы экрана осциллографа интервалы Т и t. Угол отсечки определяется соотношением

(4.1)

2.4. Изменяя напряжение смещения выполнить 10-12 измерений угла отсечки. Диапазон изменений напряжения смещения определяется изменением угла отсечки от 180° до q ° (Е_см=1..3В, шаг выбирается равным 0,1... 0,2В). Данные измерений величин и Т занести в таблицу 4.1. Таблицу дополнить расчетом углов отсечки, выполненных по соотношению (4.1).

Таблица 4.1.

Есм,В	1	-1,2	-1,4	-1,6	-1,8	…….	-2,4	-2,6	-2,8	-3
Т
t
q

Построить график зависимости угла отсечки от напряжения смещения.

3. Наблюдать явление умножения частоты в 2 раза и исследовать зависимость амплитуды выходного напряжения от угла отсечки.

3.1. Оставить подключенными к умножителю частоты генератор и осциллограф. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой 0,5В и частотой, в 2 раза меньше резонансной частоты колебательного контура LC.

3.2. Включить колебательный контур LC в качестве нагрузки транзистора и плавно уменьшая напряжение смещения от 5В, добиться максимального значения амплитуды исследуемой гармоники. Построить частоту генератора НЧ для более точной настройки в резонанс.

3.3. Зарисовать одну под другой осциллограммы колебаний на входе и выходе умножителя частоты. Записать напряжение смещения и величину амплитуды входного напряжения.

3.4. Подготовить таблицу для записи результатов измерений и расчетов (табл.4.2).

Таблица 4.2.

Коэффициент умножения n=fвых/fвх=2
Есм,В	3	2,8	2.6	……………..	1,6	1,4	1,2	1
Un(B)
Umax(B)
q
an

3.5. Определить границы изменения напряжения смещения, между которыми происходит явление умножения частоты.

3.5.1. Перемещая ручку регулятора смещения вправо, определить и записать напряжение смещения- Е_макс, при котором амплитуда исследуемой гармоники становится равной нулю.

3.5.2. Плавно перемещая ручку регулятора смещения влево наблюдать изменение амплитуды исследуемой гармоники и определить напряжение смещения- Е_мин, при котором вновь амплитуда становится равной нулю.

Примечание: для второй гармоники величина Е_мин определяется по исчезновению колебания с наименьшей амплитудой. Обратите внимание на то, что при умножение частоты в 2 раза в осциллограмме наблюдается колебания с разной амплитудой.

3.6. Изменяя напряжение смещения от - Е_макс до Е_мин с шагом 0,1 ...0,2В определить и записать в таблицу амплитуду исследуемой гармоники U_n и амплитуду импульсного напряжения. Величина U_n измеряется в клетках экрана осциллографа по вертикали при использовании в качестве нагрузки транзистора колебательного контура LC, а величина U_max - при использовании резистора R. При каждом значении напряжения смещения необходимо измерять поочередно обе величины. Величины град q и a_n определяются при составлении отчета.

Метод расчета коэффициента угла отсечки.

Коэффициент угла отсечки равен: a_n= I_n/I_max , (4.2)

где I_max - максимальное значение тока, протекающего через нелинейный элемент (транзистор);

I_n - амплитуда “n”^ой гармонической составляющей тока.

Вместо измерений значений I_max и I_n в лабораторной работе измеряются пропорциональные им значения напряжений U_max и U_n. При измерении U_max нагрузкой транзистора служит резистор R, падение напряжения на котором

U_max = I_max R . (4.3)

При измерении амплитуды I_n “n”^ой гармоники коллекторного тока используется колебательный контур. Гармоническая составляющая тока, частота которой совпадает с резонансной частотой контура, создает на нем падение напряжения

U_n = I_n R_ое , (4.4)

где R_oe - активное сопротивление колебательного контура при резонансе.

С учётом выражений (2.3) и (2.4) коэффициент угла отсечки можно определить следующим образом:

. (4.5)

Численное значение коэффициента пропорциональности К может быть определено при обработке экспериментальных данных.

Коэффициент К в соотношении 2.5 может быть определен по экспериментальным данным пп. 3.2-3.6. В результате их выполнения становятся известны значения U_max и U_n в режиме работы без отсечки (q=180°). Составляя их отношение и учитывая, что при (q=180°), из соотношения (4.5) получим

К = U_max / U_n при q=180° (4.6)

Значение угла отсечки определяется по графику, построенному по результатам таблицы 4.1.

Содержание отчета. Отчет должен содержать:

1. Принципиальную схему исследуемого умножителя частоты.

2. Таблицу 2.1 измерений и график зависимости a_n (q ).

3. Выводы о степени совпадения экспериментальных результатов определения зависимости a_n(q ) с теоретическими.

Контрольные вопросы.

1. При каком виде аппроксимации для гармонического анализа используется метод угла отсечки?

2. Поясните, используя метод трех координатных плоскостей, явление отсечки тока в нелинейном элементе. Дайте определение угла отсечки.

3. Что называют коэффициентами угла отсечки? От чего они зависят?

4. Каким отношением связаны коэффициент угла отсечки, амплитуда тока I_n "n-ой" гармоники и максимальное значение импульса тока?

5. При каких значениях углов отсечки амплитуды гармоник тока достигают максимальных значений?

6. Приведите методику расчета амплитуд гармоник тока через нелинейный элемент при использовании метода угла отсечки.

7. Какое преобразование сигнала называют " умножением частоты"? В каких устройствах и для каких целей используется умножение частоты?

8. Поясните, почему умножение частоты может быть произведено в нелинейной цепи? Изобразите схему умножителя частоты на транзисторе.

9. Как достигается умножение частоты в большее число раз?

10. Что называют оптимальным умножением частоты? Приведите примеры вольтамперных характеристик нелинейных элементов, используемых в оптимальных умножителях частоты.

11. В чём преимущество использования нелинейных реактивных элементов в умножителях частоты перед нелинейными активными элементами?

12. Поясните возможность построения умножителей частоты на основе использования параметрических элементов.

13. Поясните методику определения значения углов отсечки, используемую в настоящей работе.

14. Поясните методику определения зависимости коэффициентов угла отсечки от значений угла отсечки, применяемую в настоящей лабораторной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО МОДУЛЯТОРА

Цель работы: изучить принцип работы амплитудного модулятора и приобрести навыки экспериментального исследования качественных показателей модуляторов.

Описание лабораторной установки.

Структурная схема лабораторной установки изображена на рис. 5.1.

Рис.5.1. Структурная схема лабораторной установки для исследования амплитудной модуляции.

На вход нелинейного элемента (НЭ) действует сумма U_вх(t)=U_w(t)+U_W(t) высокочастотного U_w(t)=U_wcoswt и низкочастотного U_W(t)=U_W(t)cosWt гармонических колебаний, вырабатываемых генераторами ГВЧ и ГНЧ. Спектр АМ сигнала выделяется с помощью полосового фильтр (ПФ).

На рис. 5.2. изображена принципиальная электрическая схема исследуемого модулятора. В качестве нелинейного элемента используется полевой транзистор VT1. Нагрузку транзистора можно менять: при нажатии кнопки “R” нагрузкой транзистора служит резистор R; при нажатии кнопки "LC" в выходную цепь транзистора включается параллельный LC колебательный контур. Его резонансная частота fрез=14 кГц. Добротность контура можно менять, подключая к нему кнопкой "R_ш” шунтирующий резистор R_ш.

Генератор высокочастотных и низкочастотных сигналов подключаются к гнездам 1.3 на выходе сумматора. Ко входу сумматора подсоединен источник напряжения смещения (Е_см).

Гнезда 4,5 и 6 используются для подключения осциллографа. При выполнении лабораторной работы наблюдается форма сигнала на входе транзистора (гнездо 4), на его выходе (гнездо 5) и на выходе модулятора (гнездо 6). Если нагрузкой транзистора служит резистор R (нажата кнопка "R"), то форма напряжения на его входе (гнездо 5) повторяет форму выходного тока транзистора.

Амплитуда выходного тока транзистора измеряется миллиамперметром. Диод VD1, конденсаторы С_н и резистор R_н не входят в состав модулятора и используются с целью измерения выходного тока транзистора.

В качестве генератора высокочастотных сигналов (ГВЧ) используется промышленный генератор гармонических сигналов ГЗ-36; в качестве низкочастотных - встроенный (внутренний) генератор гармонических колебаний с частотой F = 1 кГц.

Рис. 5.2. Принципиальная электрическая схема амплитудного модулятора.

Методические указания

1. Исследовать статическую модуляционную характеристику.

СМХ представляет собой зависимость амплитуды первой гармоники выходного тока I₁ от модулирующего напряжения. Для исследования СМХ в качестве модулирующего напряжения используется напряжение смещения.

Для исследования СМХ необходимо выполнить следующее:

1.1. Включить лабораторную установку и блок №1 лабораторной установки. Включить измерительные приборы. Установить напряжение смещения E_cм=2В. Нажатием кнопки "LC" включить колебательный контур. Уменьшить добротность контура нажатием кнопки "R_ш”.

1.2. Подключить ГВЧ к гнезду 1. Установить частоту сигнала f = 14 кГц и амплитуду U_w =1 В.

1.3. Подключить к гнезду 6 вход "Y₁" осциллографа. Изменяя частоту ГВЧ от 11-17 кГц, добиться резонанса в контуре по максимуму амплитуды выходного сигнала на экране осциллографа. Значения частоты записать.

1.4. Изменять напряжение смещения Е_см от 3В до нуля через 0,2 В. Для каждого значения Е_см регистрировать показания миллиамперметра, показывающего значение амплитуды тока. Результаты измерений тока занести во вторую строчку таблицы 5.1.

Таблица 5.1

Есм,В	3	2,8	2.6	……………..	0,6	0,4	0,2	0
I1,мА

1.5. По полученным данным построить график зависимости I₁=f(Е_см).

2. Исследовать динамическую характеристику (ДМХ).

Динамическая модуляционная характеристика (ДМХ) характеризует зависимость коэффициента амплитудной модуляции "М" от амплитуды модулирующего напряжения u_W.

Для изучения ДМХ следует выполнить следующее:

2.1. Установить напряжение смещения Е_см, соответствующее середине прямолинейного участка СМХ, снятой для U_w =1B.

2.2. Оставив подключенным к гнезду 1 ГВЧ, установить на его выходе амплитуду u_w=ib.

2.3. Подключить к гнезду 2 генератор низкочастотных колебаний с частотой F=1 кГц (используется встроенный в макет генератор гармонических колебаний).

2.4. Изменяя амплитуду u_W сигнала ГНЧ от нуля до значений, при которых становятся заметными искажения AM сигнала на выходе модулятора (форма AM сигнала контролируется по осциллографу), измерить параметры A_min и А_тах (рис.3.3.) модулированного сигнала, выполнить 6-8 измерений для различных значений u_W. Данные занести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2.

u_W,B

A_min,B

A_max,B

M, %

По данным таблицы 5.2. выполнить расчет коэффициентов модуляции по формуле:

(5.1)

Рис.5.3. Форма сигнала на выходе модулятора.

Домашнее задание.

Построить временную диаграмму AM сигнала u_am(t)=Uo{l+Mx(t)} cosw₀t. Параметры AM сигнала заданы в таблице вариантов.

Таблица 5.3

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Структурную схему установки и принципиальную схему модулятора.

2. Таблицу данных измерений и график СМХ.

3. Таблицу данных измерений и график M=f(U_W).

4. Домашнее задание.

Контрольные вопросы.

1. Зачем нужна модуляция? Какие виды модуляции вы знаете?

2. Какой вид модуляции называется амплитудной?

3. Почему электрическая цепь, предназначенная для получения ам-плитудно-модулированных колебаний должна быть существенно нелинейной?

4. Каким степенным полиномом аппроксимируется вольтамперная характеристика, при которой обеспечивается искаженная модуляция?

5. Что такое коэффициент глубины модуляции? Напишите его аналитическое выражение.

6. Изобразите временные и спектральные диаграммы амплитудно-модулированного колебания при гармоническом сигнале.

7. Нарисуйте принципиальную схему транзисторного модулятора с модуляцией смещения.

8. Дайте определение статической модуляционной характеристики.

9. Поясните (графически и аналитически), каким образом можно получить по известной вольтамперной характеристике нелинейного элемента статическую модуляционную характеристику?

10. Как выбрать режим работы модулятора по статической модуляционной характеристике?

11. Как повлияет на форму AM колебания изменение напряжения смещения модулируемого усилителя?

12. Как повлияет на форму AM колебания расстройка колебательного контура относительно несущей частоты?

13. Можно ли получить хорошее качество модуляции при апериодической нагрузке транзистора?

14. Почему изменяется коэффициент модуляции при изменении добротности контура в нагрузке транзистора?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ.

Цель работы: изучить процесс детектирования амплитудно-модулированных колебаний в нелинейных цепях и приобрести навыки в исследовании схем детекторов.

Описание лабораторной установки.

В работе исследуется процесс детектирования в диодном (рис.6.1.) детекторе. Диодный детектор конструктивно совмещен с модулятором в блоке №1 лабораторного стенда. Гнезда 6 и 7 являются входом и выходом диодного детектора.

В работе используется осциллограф и генератор ГЗ-36 для получения несущего колебания (ГВЧ).

Миллиамперметр стенда позволяет измерять постоянный ток, протекающий через активное сопротивление нагрузки R_н=10к0м.

Параллельно активному сопротивлению нагрузки можно подключить конденсатор С_н, значение которого (3, 30 или 300 нФ) выбирается нажатием соответствующей кнопки.

Модулятор сигналов AM Диодный детектор

Рис. 6.1. Принципиальная схема модулятора и диодного детектора.

Лабораторное задание.

1. Исследовать влияние параметров нагрузки на качество детектирования в диодном детекторе.

2. Исследовать диодную характеристику диодного детектора.

Методические указания.

1. Исследовать влияние параметров нагрузки на качество детектирования.

1.1. Сформировать AM сигнал с глубиной модуляции М=100%. Для этого необходимо повторить действие по подключению приборов и включению макета по пунктам 1.1. - 1.3. и 2,1. - 2.3. предыдущей лабораторной работы № 3. Для получения искаженной модуляции рекомендуется установить на выходе ГВЧ амплитуду сигнала U = 1.0 В.

1.2. Изменяя с помощью кнопок «С_н» значения ёмкости нагрузки, наблюдать соответствие формы огибающей входного AM сигнала и выходного сигнала детектора. Зарисовать осциллограммы ёмкости: С_н= 3 нФ; С_н = 30 нФ; С_н = 300 нф, а также при отключении конденсатора С_н .

1.3. Рассчитать требуемое значение величины ёмкости конденсатора С_н из условия:

где: f = 14кГц- частота несущего колебания;

F=1кГц - частота модулирующего колебания;

R_н=10кОм сопротивление нагрузки.

1.4. Кнопкой С_н подключить конденсатор требуемой ёмкости.

2. Исследовать детекторную характеристику диодного детектора.

2.1. При проведении данного исследования на вход детектора подаётся немодулированное высокочастотное колебание. Для этого необходимо отсоединить от входа модулятора (гнёзда 1 и 2) выходы ГНЧ и ГВЧ и соединить выход ГВЧ со входом детектора (гнездо 6).

Вход осциллографа Y₂ можно отключить от выхода детектора (гнездо 7), так как постоянная составляющая тока детектора измеряется с помощью миллиамперметра, вмонтированного в лабораторный стенд.

Вход осциллографа Y₁ оставить подключенным ко входу детектора (гнездо 6).

2.2. Изменяя амплитуду сигнала на выходе ГВЧ (на входе детектора) от 0 до 2В через 0,2В, регистрировать показания миллиамперметра. Результаты измерений занести в таблицу 6.1.

Таблица 6.1.

U0,В	0	0,2	0,4	……………..	1,4	1,6	1,8	2
I0,мА

Домашнее задание.

На диодный детектор воздействует амплитудно-модулированное колебание U(t) = Uo {l+Mcos2pFt} cos2pf₀t.

Требуется:

1. Нарисовать схему диодного детектора и объяснить принцип его работы.

2. Определить значение активного сопротивления нагрузки R_н для получения заданного значения коэффициента передачи К_д.

3. Определить значение ёмкости нагрузки С_н при заданных значениях f₀ и F.

4. Рассчитать и построить спектры напряжений на входе и выходе детектора.

Значения U_o, М, F, f_o, R_i ,K_д заданы таблицей 6.2.

Таблица 6.2.

№№ вариантов	1 11 21	2 12 22	3 13 23	4 14 24	5 15 25	6 16 26	7 17 27	8 18 28	9 19 29	10 20 30
U0,B	1 1,2 1,8	1,5 1,4 1,2	1,8 1,6 1,9	2 1,8 2,2	2,2 1,3 2,5	1,1 1,5 1,3	1,3 1,7 1,6	1,7 1,1 1,2	1,9 2,0 1,4	2,1 2,2 1,5
М	0,35 0,5 0,6	0,6 0,45 0,75	0,8 0,55 0,4	0,9 0,35 0,6	0,85 0,3 0,25	0,65 0,8 0,9	0,55 0,75 0,45	0,65 0,8 0,7	0,35 0,45 0,9	0,55 0,9 0,45
И кГц	120 290 350	140 270 400	160 250 120	180 230 270	200 210 310	220 190 140	240 170 290	260 150 210	280 130 180	300 110 220
F, кГц	3 45	2 3,5 4	1,5 2,5 3,5	2 4 2	2,5 1,5 3,4	3 2 4	3,5 2,5 1,5	4 3 2,5	1,7 1,8 2,7	2,2 1,85 2,6
R, Ом	30 80 110	35 85 95	40 90 110	45 95 115	50 60 80	55 115 120	60 110 40	65 115 125	70 120 30	75 125 55
Кд	0,5 0,9 0,8	0,55 0,85 0,65	0,6 0,75 0,7	0,65 0,6 0,75	0,7 0,5 0,85	0.75 0,65 0,65	0,8 0,65 0,75	0,85 0,75 0,8	0,9 0,65 0,8	0,95 0,55 0,9

Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

1. Принципиальные схемы модулятора AM и диодного детектора; рабочие схемы измерений; структурные схемы лабораторного макета и измерений.

2. Результаты измерений и наблюдений, оформленные в виде таблиц.

3. Графики экспериментальных характеристик и осциллограммы напряжений.

4. Домашнее задание.

Контрольные вопросы.

1. Что называется детектированием AM колебаний?

2. Чем вызывается необходимость использования для детектирования AM сигналов нелинейных и параметрических элементов? Назначение фильтра нижних частот в схеме детектора.

3. Изобразите характеристику детектирования для линейного и квадратичного детектора.

4. Изобразите схему и поясните метод снятия характеристики детектирования.

5. Как по характеристике детектирования при заданном значении амплитуды немодулированного колебания определить максимальный коэффициент модуляции, при котором нет заметных искажений при детектировании?

6. Изобразите схему диодного детектора, поясните принцип работы. Изобразите временные диаграммы токов и напряжений.

7. Изобразите спектр входного и выходного напряжения диодного детектора при детектировании "слабых" и "сильных" сигналов; поясните различия при детектировании "слабых" и "сильных" сигналов в диодном детекторе.

8. Определите коэффициент передачи диодного детектора с учетом его нагрузки.

9. Каковы требования к параметрам RC-цепи в схеме диодного детектора?

10. В чем особенности построения транзисторных детекторов AM сигнала?

11. Почему сигнал с балансной модуляцией, нельзя детектировать с помощью обычной схемы диодного детектора? Как детектируются сигналы с балансной модуляцией?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Цель работы: изучить процесс преобразования частоты (транспонирования спектра) сигналов в нелинейных цепях с избирательной нагрузкой и приобрести навыки экспериментального исследования качественных показателей преобразователей частоты.

Описание лабораторной установки.

В данной лабораторной работе исследуется процесс преобразования частоты AM сигнала. Структурная схема лабораторной установки изображена на рисунке 7.1.

Рис. 7.1. Структурная схема лабораторной установки для исследования преобразователя частоты.

Обозначения на схеме: Ген. AM - генератор сигналов с амплитудной модуляцией; Гет. — гетеродин — генератор гармонических колебаний; S- сумматор: НЭ — нелинейный элемент; ПФ - полосовой фильтр.

Лабораторная работа выполняется на основе блока № 1 лабораторного макета, содержащего необходимые составные элементы преобразователя частоты; сумматор, нелинейный элемент (транзистор) и полосовой фильтр - колебательный контур LC .

В качестве гетеродина используется генератор гармонических колебаний, встроенный в лабораторный макет. Частота его колебаний fг = 180 кГц. В качестве генератора AM сигналов используется промышленный генератор Г4-102.

Лабораторное задание.

1. Исследовать характеристику преобразования.

2. Наблюдать эффект преобразования частоты.

3. Экспериментально определить значения комбинационных частот

Методические указания.

1. Исследовать характеристику преобразования.

1.1. Вход преобразователя (гнездо 1) соединить с выходом «Выход mV» генератора Г4-102. К гнезду 2 на входе преобразователя соединить вход «Выход AM» внутреннего генератора лабораторного макета. Этот генератор в лабораторной установке выполняет функцию гетеродина.

1.2. Включить лабораторный макет и его блок № 1. Включить генераторы и осциллограф.

1.3. Регулятор «Амплитуда несущей (В)» внутреннего генератора макета повернуть до предела по часовой стрелке. Регулятор “М глубина модуляции" этого генератора повернуть в крайнее левое положение. При таком положении ручек на выходе генератора будет существовать напряжение немодулированного гармонического сигнала с частотой fг =180 кГц и амплитудой 1В.

Проконтролировать существование этого сигнала на входе преобразователя с помощью осциллографа, соединив вход осциллографа Y₁ с гнездом 2 лабораторного макета.

1.4. На генераторе Г4-102 установить частоту fc =65 кГц. Переключатель "AM" генератора поставить в положение “Внеш". При этом положении на выходе генератора будет существовать напряжение сигнала без амплитудной модуляции, т.е. гармонический сигнал.

Установить на выходе Г4-102 амплитуду напряжения U_c=0,5B. Проконтролировать напряжение сигнала с помощью осциллографа, подсоединив его вход Y₂ с гнездом 1 лабораторного макета.

1.5. Соединив вход осциллографа "Y₁" с выходом преобразователя частоты (гнездо 6).

Нагрузкой транзистора преобразователя частоты сделать LC контур (нажать кнопку “LC" на блоке №1) с высокой добротностью (отключить от контура шунтирующий резистор R_ш отжатием кнопки R_ш).

Установить напряжение смещения Е_см=ОВ. Изменяя частоту сигнала генератора Г4-102 в небольших пределах (1-2кГц), добиться резонанса в колебательном контуре преобразователя по максимуму напряжения на его выходе или по максимуму показания миллиамперметра.

Убедиться в том, что на выходе преобразователя наблюдается преобразованный сигнал: при отсоединении от входа преобразователя (гнезда 1 и 2) внутреннего генератора макета или генератора Г4-102, должно исчезнуть напряжение сигнала га выходе преобразователя.

1.6. При исследовании характеристики преобразования, т.е. зависимости амплитуды тока преобразованного сигнала от амплитуды напряжения входного сигнала, источником напряжения входного сигнала служит генератор Г4-102. Амплитуду его выходного напряжения следует уменьшить от 0,5В до значений, при которых амплитуда тока преобразованного колебания уменьшится до нуля.

Амплитуда тока преобразованного сигнала измеряется миллиамперметром лабораторного макета. Данные измерений занести в таблицу 7.1.

Таблица 7.1.

Есм=0В		Есм=1,0В		Есм=2,0В
Uс,В	I1,мА	Uс,В	I1,мА	Uс,В	I1,мА
0,5		0,5		0,5

1.7. Исследовать характеристику преобразования для других значений напряжения смещения: Е_см = 1,0В и Е_см = 2,0В. Данные занести в таблицу 5.1.

1.8. По данным измерений построить графики характеристик преобразования I₁ = f(U_с) в одной общей системе координат. Определить значение напряжения смещения и амплитуды напряжения входного сигнала, при которых будут минимальные искажения при преобразовании частоты. При выбранных Е_см и U_с по характеристике преобразования определить максимально допустимый коэффициент амплитудной модуляции входного сигнала.

2.Наблюдать эффект преобразования частоты.

2.1. 3ашунтировать резонансный LC контур в нагрузке транзистора преобразователя нажатием кнопки "R_ш".

2.2. Выставить на лабораторном макете напряжение смещения Е_см, определенное в п. 1.8.

2.3. На выходе генератора Г4-102 получить, сигнал с амплитудной модуляцией. Установить амплитуду напряжения и коэффициент модуляции, определенные в п. 1.8.

2.4. Сравнить формы сигналов на входе (гнездо 1) и выходе (гнездо 6) преобразователя. Осциллограммы зарисовать. Подобрать длительность развертки осциллографа такой, чтобы было заметно различие частот входного и выходного сигналов.

2.5. Меняя амплитуду входного сигнала, а затем и коэффициент модуляции, наблюдать искажения формы входного колебания. Зарисовать несколько осциллограмм искаженного по форме выходного сигнала.

3.Экспериментально определить значения комбинационных частот.

3.1. Установить на выходе Г4-102 параметры сигнала (амплитуду и коэффициент модуляции), при котором отсутствуют искажения в преобразованном колебании.

3.2. Медленно увеличивая частоту генератора Г4-102 от 160 до 320 кГц наблюдайте на экране осциллографа форму выходного сигнала. Запишите значения частот, при которых на выходе преобразователя будет наблюдаться преобразованный по частоте сигнал.

Домашнее задание.

На вход транзисторного преобразователя частоты воздействует напряжение сигнала u_c=U_cCos2pf_ct и напряжение гетеродина u_г= U_гcos2pf_г t.

Вольт-амперная характеристика транзистора относительно рабочей точки аппроксимируется полиномом i_к = а₀ + а₁u_б + а₂u_б²

где i_к - ток коллектора;

и_б - напряжение на базе транзистора.

Нагрузкой преобразователя служит колебательный контур, настроенный на промежуточную частоту f_пч = f_г – f_с = 465кГц

Колебательный контур имеет эквивалентное сопротивление R, и добротность Q.

Значения U_c, U_г, f_c, а_1, а₂ , Я_э и Q заданы в таблице 7.2.

Таблица 7.2.

№№ вариа нтов	1 11	2 12	3 13	4 14	5 15	6 16	7 17	8 18	9 19	10 20
t, мВ	1,5 3,0	1,4 2,8	1,3 2,6	1,2 2,4	1,1 2,2	1 2	2 1,8	2,2 1,6	1,9 1,4	1,8 1,2
МВ	50 80	55 75	60 70	65 63	70 60	75 55	45 50	40 45	60 40	70 35
Fc, МГц	1,5 1,2	1,4 1,3	1,3 1,4	1,2 1,5	1,1 1,4	0,9 1,3	0,8 1,2	0,7 1,1	0,6 1	0.8 0,9
а1 , мА/В	100 125	105 130	110 135	115 140	120 145	125 100	130 105	135 110	140 115	145 120
а2, мА/В^2	3 2	2,9 2,2	2,8 2,4	2,7 2,6	2,6 2,8	2,5 3	2,4 2,9	2,3 2,7	2,2 2.5	2,1 2,3
R, ,к0м	5 5,5	4,8 5,2	5,6 4,2	3,8 6.2	4.7 7.5	5,6 5.1	3,9 3,3	4,3 6,2	6,8 4,7	7.2 3,9
Q	20 18	21 14	17 16	25 15	19 13	18 17	27 23	22 18	16 20	15 25

Требуется:

1.Нарисовать схему преобразователя частоты и пояснить принцип её работы.

2.Рассчитать спектр и построить спектрограмму тока коллектора.

3.Рассчитать спектр и построить спектрограмму напряжения на контуре.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

1. Принципиальную электрическую схему преобразователя частоты, исследуемого в лабораторной работе.

2. Таблицы и графики характеристик преобразования.

3. Осциллограммы наблюдаемых колебаний.

4. Таблицу значений комбинационных частот.

5. Домашнее задание.

Контрольные вопросы.

1. Что называется преобразованием частоты?

2. Почему для осуществления преобразования частоты необходимо использовать нелинейный или параметрический элементы?

3. Почему нелинейное преобразование частоты при малой амплитуде одного из входных сигналов можно представить как параметрическое?

4. Чем вызвана необходимость использования в преобразователях частоты избирательной нагрузки?

5. В каких случаях на выходе нелинейного преобразователя появляются комбинационные составляющие, и как определяется их порядок?

6. Из каких соображений выбирают полосу пропускания избирательной нагрузки в преобразователе?

7. Что называют характеристикой преобразования?

8. Какой вид имеет характеристика преобразования, если ВАХ нелинейного элемента описывается полиномом второй степени?

9. Какой вид имеет характеристика преобразования, если ВАХ нелинейного элемента описывается полиномом третьей степени?

10. Что понимают под оптимальным преобразователем частоты? Изобразите схему оптимального преобразователя частоты и объясните принцип её работы.

11. В каких устройствах находит применение преобразователь частоты?

12. Изобразите схему супергетеродинного приемника и укажите, какими достоинствами он обладает по сравнению с приёмником прямого усиления.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО МОДУЛЯТОРА И ЧАСТОТНОГО ДЕТЕКТОРА.

Цель работы: изучение схем и принципа работы частотного модулятора и частотного детектора.

Описание лабораторной установки

В работе используется блок №4 лабораторной установки, который содержит частотный модулятор и частотный детектор. Структурная схема приведена на рисунке 8.1.

Рис. 8.1. Структурная схема для исследования частотного модулятора и частотного детектора.

Частотный модулятор представляет собой генератор Г с управителем частоты УЧ. При подключении к УЧ генераторов напряжения прямоугольной формы ГПН или низкой частоты ГНЧ осуществляется управление частотой генерируемых колебаний по закону изменения во времени напряжения на входе УЧ.

Частотный детектор содержит линейные частотно-зависимые цепи ЛЧЗЦ1 и ЛЧЗЦ2, к которым подключены амплитудные детекторы АД1 и АД2. Токи амплитудных детекторов складываются в схеме сложения S с противоположными знаками (вычитаются). Результирующий ток фиксируется миллиамперметром мА. С помощью ЛЧЗЦ выполняется преобразование сигнала с частотной модуляцией в сигнал с амплитудной модуляцией.

Электрическая схема блока №4 представлена на рис.8.2. Частотный модулятор выполнен по схеме резистивно-емкостного генератора с электронным управителем частоты на двух полевых транзисторах, являющихся управляемыми резисторами фазо-балансной цепи (ФБЦ). Частотный детектор выполнен по схеме частотного дискриминатора, в котором в качестве линейных частотно-зависимых цепей применяются взаимно-расстроенные колебательные контуры.

Частота генерируемых колебаний в частотном модуляторе управляется путем изменения напряжения Е_см, подаваемого на затворы полевых транзисторов ФБЦ. Модулирующий сигнал от внешнего источника подается на гнездо 1 (при отжатой кнопке "ГПН"). При нажатой кнопке "ГПН" ко входу модулятора подключается внутренний генератор напряжения прямоугольной формы. При этом происходит скачкообразное изменение частоты. Гнезда 2 и 3 служат для контроля формы колебаний на входе и выходе модулятора.

Непосредственно к выходу частотного модулятора подключен частотный детектор, состоящий из усилителя на полевом транзисторе с нагрузкой в виде двух последовательно включенных взаимно-расстроенных колебательных контуров, в которых осуществляется преобразование сигналов с частотной модуляцией в сигнал с амплитудной модуляцией (комбинированной амплитудной и частотной модуляцией). С каждым их колебательных контуров индуктивно связаны два амплитудных детектора, напряжения на выходах которых включены встречно. Гнездо 4 служит для контроля формы колебаний на выходе частотного детектора. С помощью миллиамперметра лабораторной установки измеряется ток детектора - его постоянная составляющая.

При выполнении лабораторной работы используются промышленные приборы: осциллограф, генератор низкочастотных гармонических колебаний ГЗ-36 и электронный частотомер.

Домашнее задание

Рассчитать и построить график статической модуляционной характеристики частотного модулятора (зависимости частоты генерируемых колебаний от напряжения смещения), если частотная модуляция осуществляется в резистивно-емкостном генераторе с фазобалансной цепью, где в качестве управляемых резисторов применены идентичные управляемые полевые транзисторы (рис.6.3.). Вольт-амперная характеристика транзисторов аппроксимирована полиномом второй степени : i_к = а₀ + а₁u_б + а₂u_б²

Частота генерируемых колебаний

Рис. 8.2. Резистивно-ёмкостной генератор с фазобалансной цепью

Числовые данные для решения задачи заданы в таблице 8.1. Указание: для определения сопротивлений и полевых транзисторов определите производную dU_б/di_к

Таблица 8.1.

№№ вариантов	1 11	2 12	3 13	4 14	5 15	6 16	7 17	8 18	9 19	10 20
а1 мА/В	4,53 5,5	8,73 9,5	9,0 9,8	16 14	13 12	11,2 16,0	4,8 4,2	9,0 8,3	10 9,2	12 11,6
А2, МА/В^2	0,39 0,42	0,84 1,2	0,8 0,92	10 8	3,3 6	2,86 4,3	0,43 0,39	0,81 0,92	5 0,92	7 6,8
С1 НФ	24,4 9,3	18,4 6,1	53,6 13,8	21,8 7,3	34,8 11,8	33,2 10,5	16,8 3,25	40,6 12,3	24,1 5 8,2	20,1 6,4
С2, НФ	4,2 2,8	3,6 1,4	2,7 3,5	3,7 2,2	3,25 3,08	3,3 2,88	3,4 1,88	3,3 3,5	3,7 2,5	3,6 1,9

Лабораторное задание

1. Исследовать влияние напряжение смещение на частоту генерируемых колебаний.

2. Исследовать статическую модуляционную характеристику частотного модулятора и характеристику детектирования частотного детектора.

3.Определить и установить оптимальный режим совместно-включенных частотных модуляторов и детектора.

4. Исследовать прохождение НЧ сигналов по тракту ЧМ-ЧД.

Методические указания

1. Исследовать влияние напряжения смещения на частоту генерируемых колебаний.

1.1. Включить лабораторную установку и блок №4 лабораторной установки и измерительные приборы.

1.2. Для исследования влияния напряжения смещения Е_см на характер изменения частоты генерируемых колебаний подключить вход Y1 осциллографа к гнезду 3 лабораторного макета. Кнопка "Вкл" на блоке 4 должна быть отжата. Установить ручку регулировки смещения в крайнее левое положение (Е_см=0). Режим синхронизации осциллографа- "Внутр." по входу "1". Получить на экране устойчивое изображение колебаний (15-20 периодов). Перемещая ручку регулировки напряжения смещения, определить характер изменения частоты (увеличивается или уменьшается). Изменяя период колебаний в миллиметрах по сетке экрана осциллографа при двух крайних положениях ручки регулировки напряжения смещения Е_см, определить во сколько раз изменилась частота. Результаты наблюдений записать.

1.3. Наблюдать и зарисовать осциллограмму сигнала с частотой модуляции. Для этого соединить гнездо 1 блока №4 с выходом генератора сигналов низкочастотным ГЗ-36. Установить на выходе этого генератора напряжение амплитудой 1,5-2 В и частотой 800 Гц. Соединить вход осциллографа Y1 с гнездом 2 лабораторного макета. Получить в верхней части экрана осциллографа устойчивое изображение низкочастотного сигнала (3-5 периодов).

Соединить гнездо 3 (выход модулятора) со входом Y2 осциллографа. Получить в нижней части экрана осциллографа изображение в виде сплошной полосы или скользящей синусоиды шириной в 2 клетки экрана осциллографа.

Очень плавно изменяя положение ручки регулировки напряжения смещения относительно её среднего положения, получить устойчивое изображение сигнала с частотной модуляцией с постоянной амплитудой. Если в выходном сигнале наблюдаются изменения амплитуды, то следует уменьшить амплитуду напряжения низко частотного генератора. Если на неподвижной осциллограмме сигнала на выходе частотного модулятора незаметны изменения частоты, то следует увеличить амплитуду напряжения низкочастотного генератора.

Зарисовать осциллограммы одну под другой, записать значения напряжения смещения, амплитуды и частоты модулирующего сигнала.

2. Исследовать статическую модуляционную характеристику частотного модулятора и характеристику детектирования частотного детектора.

2.1. Для записи результатов измерения статической модуляционной характеристики и характеристики детектирования подготовить таблицу 8.2. Измерения частоты выполняются при помощи электронного счетчика. Ток детектирования измеряется миллиамперметром на блоке питания при нажатой кнопке 0,1.

Таблица 8.2.

Ecм,B	0	0,5	1	……….	6
f,Гц
Id, мА

2.2. Соединить гнездо З блока №4 со входом А электронного счетчика.

2.3. Установить первое значение напряжения смещения Е_см =0B. Записать в таблицу показания счетчика (f,Гц) и показания миллиамперметра I_d, мА.

2.4. Установить следующее значение напряжения смещения Е_см (с шагом 0,5 В) и повторить измерение частоты и постоянной составляющей тока детектора (всего выполнить 13 измерений).

2.5. Построить графики зависимости частоты от напряжения смещения (статическая модуляционная характеристика) и тока детектирования от частоты (характеристика детектирования).

3. Определить и установить оптимальный режим совместно включенных частотных модулятора и детектора.

Оптимальный электрический режим модулятора устанавливается таким образом, чтобы средняя частота колебаний f₀ на выходе частотного модулятора (несущая) соответствовала середине линейного наклонного участка характеристики детектирования частотного детектора; при этом амплитуда модулированного сигнала не должна превосходить величины, при которой девиация частоты Df ³ 0,5(f₁ –f₂) , где f₁ и f₂ - частоты настройки колебательных контуров детектора (рис.8.4.)

Для определения частот f₀, f₁, f₂ и соответствующих им напряжений смещения Е₀, е₁ , Е₂ в модуляторе, выполнить следующее:

3.1. Установить и записать напряжение смещения е₁, при котором стрелка миллиамперметра максимально отклонена вправо (ток положительный). Определить по методике пункта 2.2. частоту генерации, которая будет соответствовать частоте f₁.

3.2. Установить и записать напряжение смещения Е₂ , при котором стрелка миллиамперметра максимально отклонена влево (ток отрицательный). Определить по методике пункта 2.2. частоту генерации, которая будет соответствовать частоте f₂-

3.3. Установить и записать среднее между E₁ и Е₂ напряжение смещения Е₀, при котором стрелка миллиамперметра установится на “0” (ток равен нулю). Определить по методике пункта 2.2. частоту генерации, которая будет соответствовать частоте f₀ (несущей).

3.4. Оптимальное напряжение смещения Е₀, а наибольшая допустимая амплитуда модулирующего низкочастотного сигнала:

Определить и записать значение U_Fmax

Рис. 8.4. Определение оптимального электрического модулятора.

4. Исследовать прохождение НЧ сигнала по тракту ЧМ-ЧД.

4.1. Для исследования прохождения НЧ сигнала по тракту ЧМ-ЧД соединить вход "Y₁" осциллографа с гнездом 2, а вход 'Y₂' - с гнездом 4 исследуемой схемы.

4.2. Подключить генератор колебаний прямоугольной формы ГПН, нажав кнопку "Вкл." блока №4. Установить в верхней части экрана осциллографа осциллограмму прямоугольных импульсов, действующих на входе модулятора (6-8 импульсов). В нижней части экрана установить осциллограмму сигнала на выходе детектора.

4.3. Наблюдать и зарисовать обе осциллограммы одну под другой при:

а) Е_см=Е₀ (определенное в п.З.З. задания)

б) Е_см=Е₁ (определенное в п. 3.1 .задания)

в) Е_см=Е₂ (определенное в п.3.2.задания).

Записать около осциллограмм величины напряжения смещения и определить по ним значение несущей частоты ЧМ сигнала.

4.4.Соединить гнездо 1 с выходом генератора сигналов низкочастотным (кнопка ГПН "Вкл" -отжата). Установить на выходе генератора напряжение с амплитудой U_F =U_Fmax и частотой F=200 Гц.

4.5.Наблюдать и зарисовать одну под другой обе осциллограммы напряжений (на входе частотного модулятора и выходе частотного детектора) при:

а) Е_см=Е₀, = U_Fmax

б) Е_см=Е₁ , U_г = U_Fmax

в) Е_см=Е₂ , U_г = U_Fmax

г) Е_см=Е₀ , U_г = 2U_Fmax

Значения напряжений Е_см и U_г записать около рисунков осциллограмм. Определить и записать для каждого случая центральную частоту ЧМ сигнала. Для случая (а) определить индекс ЧМ.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

1. Наименование и цель работы.

2. Таблицы и графики характеристик.

3. Осциллограммы и результаты измерений.

4.Домашнее задание.

Контрольные вопросы

1. Что называется частотной модуляцией?

2. Изобразите схему частотного модулятора с варикапом. Объясните принцип её работы.

3. Изобразите схему частотного модулятора с управляемыми полевыми транзисторами. Объясните принцип её работы.

4. Нарисуйте временную и спектральную диаграммы сигнала с частотной модуляцией.

5. Как определяется ширина спектра сигнала с частотной модуляцией?

6. Дайте определение девиации частоты и индекса частотной модуляции.

7. Как влияет частота модулирующего сигнала на индекс модуляции и девиацию частоты?

8. Как влияет амплитуда модулирующего сигнала на индекс модуляции и девиацию частоты?

9. Что называется угловой модуляцией и какие её разновидности бывают?

10. С какой целью в схеме частотного детектора используется колебательный контур?

11. Изобразите схему частотного детектора с одним и двумя расстроенными колебательными контурами.

12. Нарисуйте векторную диаграмму напряжений в частотном детекторе и объясните с её помощью принцип его действия.

13. Что называется характеристикой детектирования частотного детектора?

14. Что называется статической модуляционной характеристикой частотного модулятора?

15. Почему при совпадении резонансной частоты колебательного контура частотного детектора и средней частоты сигнала с частотной модуляцией происходят искажения формы передаваемого сигнала?

16. Как определяется наибольшая допустимая девиация частоты и амплитуда переменного напряжения на входе модулятора по характеристике детектирования частотного детектора?

17. Что такое линейная частотно-зависимая цепь и каково её назначение?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОПОЛОСНОЙ И БАЛАНСНОЙ МОДУЛЯЦИИ

Цель работы: изучить основные свойства сигналов с балансной и однополосной модуляцией и принцип работы однополосных и балансных модуляторов; приобрести навыки экспериментального исследования этих устройств; выработать умение анализировать полученные экспериментальные результаты.

Описание лабораторной установки

При выполнении работы используется блок №6 лабораторного макета, который содержит набор нелинейных преобразователей на аналоговых перемножителей сигналов. Исследование однополосного модулятора выполняется на базе схемы “Т", а исследования балансного модулятора- с помощью схемы "Д" этого блока.

Структурная схема исследования однополосной модуляции (ОПМ) приведена на рис.9.1.

Рис. 9.1. Структурная схема исследования однополосной модуляции (ОПМ).

При выполнении лабораторной работы на входы 1 и 2 исследуемой схемы (рис.9.1.) подаются низкочастотный U_F(t) и высокочастотный U_f(t) сигналы:

U_f(t)= U_F cos2pFt; U_f (t) = U_f cos2pft.

Эти сигналы действуют на входе перемножителя П1. На вход перемножителя П2 эти сигналы поступают с фазовыми сдвигами j₁ и j₂ соответственно и их выражения имеют вид:

U_F1(t)=U_Fcos(2pFt +j₁); U_f(t) = U_fcos(2pft+j₁ ).

Сложение выходных сигналов перемножителей даёт результат:

U_вых(t)=U_F(t)×U_f(t)+U_F1(t)U_f1(t)=U_F×U_f{cos2pFt×cos2pft+cos(2p[Ft+j₁)×cos(2лft+j₂)}.

В исследуемой схеме напряжение этого сигнала существует на выходе сумматора (гнездо 3 на рис. 9.2.).

При j₁ = 90⁰ и j₂= 90⁰ из последней формулы получаем:

U_вых(t)= U_F U_f cos2p(f-F)t.

Таким образом, на выходе схемы получаем сигнал с одной боковой полосой, в данном случае с нижней боковой полосой. При неточности сдвига фаз схема формирует более сложные сигналы. Это явление изучается в настоящей работе.

Исследование балансной модуляции производится на основе схемы рисунке 9.2.

Рис. 9.2. Структурная схема исследования балансной модуляции (БМ).

Одна из задач исследования заключается в изучении влияния напряжения смещения Е_см на степень подавления амплитуды несущего (ВЧ) колебания в спектре выходного сигнала.

При выполнении работы из промышленного оборудования используется генератор ГЗ-36 и осциллограф.

Лабораторное задание

1. Исследовать однополосный модулятор.

2. Исследовать балансный модулятор.

Методические указания

1. Исследовать однополосный модулятор.

Для исследования ОПМ необходимо выполнить следующее:

1.1. Включить лабораторную установку и блок №6.

1.2. Нажать кнопку "Т" в блоке №6 (при этом загорается светодиод на панели исследуемой схемы однополосного модулятора).

1.3. Соединить выход генератора ГЗ-36 с гнездом 2 исследуемой схемы. Включить генератор ГЗ-36 и установить на его выходе напряжение с частотой f = 10кГц и амплитудой U_f=lB.

1.4.Соединить вход "Y₁” осциллографа с выходом исследуемой схемы (гнездо 3) и включить осциллограф.

1.5. Установить на выходе генератора лабораторного макета (F=1кГц) напряжение с амплитудой U_F=1B и соединить выход этого генератора со входом модулятора (гнездо 1).

1.6. Установить ручки фазовращателей в блоке №6 в положения, соответствующие j₁ = 90⁰ и j₂= 90⁰. Наблюдать на экране осциллографа сигнал с ОПМ.

1.7. Измерить на экране осциллографа амплитуду выходного напряжения.

1.8. Измерить период сигнала с ОПМ. Определить его частоту. Сделать сравнение экспериментального и теоретического значений частоты.

1.9. Исследовать зависимость амплитуды выходного сигнала с ОПМ от амплитуды напряжения U_F входного низкочастотного сигнала при постоянной амплитуде напряжения (U_F =lB) колебания высокой частоты.

Для этого необходимо, оставив прежнее включение приборов в схеме, менять амплитуду напряжения U_F генератора лабораторного макета от 0 до 1В через 0,2В и измерять для каждого значения U_F амплитуду напряжения на выходе схемы ОПМ по осциллографу. Результаты измерений занести в таблицу 9.1.

Таблица 9.1.

uf, b	0	0,2	0,4	…….	1
Uвых,B

По полученным данным построить график U_вых=f(U_F) при U_f =1В.

1.10. Исследовать зависимость амплитуды выходного напряжения сигнала с ОПМ от амплитуды напряжения U_f входного сигнала при постоянной амплитуде напряжения U_F колебаний низкой частоты.

Для этого необходимо, оставив прежнее включение приборов в схеме, установить на выходе генератора лабораторного макета (F=1кГц) напряжение с амплитудой U_F =1В, а амплитуду напряжения U_f колебания высокой частоты на выходе генератора ГЗ-36 изменять от 0 до 1В через 0,2В. Измерить осциллографом амплитуду напряжения сигнала на выходе схемы ОПМ. Результаты измерений занести в таблицу 9.2.

Таблица 9.2.

Uf,B	0	0,2	0,4	……	1
Uвых ,B

По полученным данным построить график U_вых=f(U_f) при U_F =1B.

1.11. Установить амплитуды обоих входных сигналов U_f=lB и U_F =1В. Наблюдать и зарисовать формы сигналов на выходе схемы ОПМ при следующих положениях ручек фазовращателей:

a) j₁ = 90⁰ ; j₂= 90⁰ б) j₁ = 45⁰ , j₂= 90⁰;

в) j₁ = 135⁰ , j₂= 90⁰ г) j₁ = 90⁰ , j₂= 45⁰; д) j₁ = 90⁰ и j₂= 135⁰

2. Исследовать балансный модулятор.

2.1.Включить питание схемы "Д" блока №6. В качестве источника высокочастотных колебаний используется генератор лабораторного макета (f=180 кГц). Установить на его выходе напряжение с амплитудой U_f=1B и соединить его выход со входом балансного модулятора (гнездо 1).

2.2.В качестве источника низкочастотных колебаний используется генератор лабораторного макета ( F=1кГц). Установить на его выходе напряжение с амплитудой U_F =1B и соединить его выход с другим входом модулятора (гнездо 2).

Выход модулятора (гнездо 3) соединить со входом "Y₁” осциллографа.

Вход "Y₁” осциллографа соединить со входом модулятора (гнездо 2) для контроля формы модулирующего колебания.

2.3. Изменяя напряжение смещения Е_см от 5В до 0В с интервалом 0,5В, наблюдать форму выходного напряжения. Осциллограммы выходного напряжения зарисовать, а в таблицу 9.3. занести параметры А_max и А_min выходного колебания, измеренные в клетках экрана осциллографа (см. рис.9.3).

Рис. 9.3. Временные диаграммы колебаний при различных значениях Е_см.

В эту же таблицу занести для каждой осциллограммы значения коэффициента модуляции М, который вычисляется по формуле:

(9.1)

При БМ А_min<0.

Таблица 9.3.

Есм, В	5	4,5	……………………………	0
А max, B
Аmax, В
М,%

2.4. Отключить выход ГНЧ (F=1кГц) от гнезда 2 на выходе модулятора, амплитуду напряжения сигнала ГВЧ (f=180 кГц) оставить равной U_f=1В. Изменяя Е_см от 0В до 5В через 0,5В снять зависимость амплитуды выходного напряжения модулятора от напряжения смещения U_вых=f(Е_см) при U_f=const =1В. Для измерения амплитуду напряжения на выходе модулятора использовать осциллограф. Данные измерений занести в таблицу 9.4.

Таблица 9.4.

Есм, В	0	0,5	……………………………	5
Uвых ,B

По полученным данным построить графики U_вых=f(Е_см), M=f(E_см).

Домашнее задание.

Выполнить расчет формы сигнала по формуле 9.1. для U_F =1В, U_f =1В, f=10 кГц, F=1 кГц и известных значений j₁ и j₂ .

№ лабораторной установки	1	2	3	4	5	6	7	8
j1, град	0	0	90	45	45	90	90	45
j2, град	0	90	0	45	-45	-90	90	90

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

1. Структурные схемы исследований.

2. Данные измерений и осциллограммы.

3. Домашнее задание.

Контрольные вопросы

1. Что называется однополосной модуляцией (ОПМ)? Нарисуйте временные и спектральные диаграммы тональной ОПМ с нижней (верхней) боковой полосой.

2. Что называется балансной модуляцией? Нарисуйте временные и спектральные диаграммы тональной БМ.

З. В чём состоят преимущество и недостатки ОПМ?

4. В чём состоят преимущество и недостатки БМ?

5. Изобразите принципиальную схему БМ (на основе диодов) и объясните её работу.

6. Изобразите принципиальную схему кольцевого БМ и объясните её работу.

7. Изобразите схему ОПМ и объясните принцип её работы.

8. Как зависит амплитуда сигнала ОПМ от амплитуды низкочастотного сигнала?

9. Как зависит частота сигнала ОПМ от параметров низкочастотного сигнала?

10. Укажите оптимальные значения сдвигов фаз для формирования сигнала ОПМ с нижней (верхней) боковой полосой. Дайте обоснование своему ответу.

11. Как зависит форма сигнала на выходе БМ от смещения? Объясните свой ответ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ СИНХРОННОГО ДЕТЕКТОРА.

Цель работы: изучение принципов синхронного детектирования и исследование характеристики качества работы синхронного детектора.

Описание лабораторной установки

Синхронный детектор (СД) состоит из умножителя двух колебаний и фильтра нижних частот (ФНЧ) (рис.10.1).

Рис. 10.1. Структурная схема синхронного детектора.

На вход 1 умножителя СД подается модулированный сигнал, на вход 2 - гармоническое высокочастотное колебание с частотой, равной частоте несущей модулированного сигнала и с нулевым фазовым сдвигом относительно несущей.

В лабораторной работе используется внешний генератор гармонических колебаний, двухлучевой осциллограф и в качестве СД - цепи “Е" и “3" блока №6 лабораторного макета, в состав которых входят основные узлы СД: умножитель сигналов и фильтр нижних частот. При исследовании частотных свойств СД в качестве второго генератора используется блок №1, в котором образуется положительная обратная связь путем соединения проводником гнезд 6 и 2 блока №1. При этом на выходе схемы (гнездо 6) возникают гармонические колебания с частотой f =15 кГц.

В состав схем “Е” и “3" блока №6 входит фазосдвигающая цепь, обозначенная значком j₁. Ручка плавной регулировки j от 0° до 180° расположена в нижней части лабораторной установки. С помощью фазосдви-гающей цепи исследуется влияние фазового сдвига на качество работы СД.

В составе схемы цепи Е блока №6 имеется амплитудный модулятор AM с регулируемым уровнем несущей. Регулировка уровня несущей осуществляется с помощью регулятора напряжения смещения Е_см. В качестве управляющего напряжения модулятора используется колебание с частотой F=1 кГц от внутреннего генератора лабораторного макета.

Домашнее задание

Определить амплитуду и частоту НЧ колебания на выходе синхронного детектора при заданных значениях амплитуд U₁ и U₂ и частотах f₁ и f₂ гармонических колебаний на входах. В качестве фильтра НЧ используется RC интегрирующая цепь (рис.10.4).

U_НЧ

C

R

U2

U1

Рис. 10.2. Синхронный детектор с RC цепью.

Рассчитать и построить АЧХ СД, если частота меняется f₁ от 0 до …., а амплитуды U₁ и U₂ и частота f₂ не меняются.

Указание: АЧХ интегрирующей цепи имеет вид:

№ вариантов	1 11	2 12	3 13	4 14	5 15	6 16	7 17	8 18	9 19	10 20
U1, В	0,1 1,1	0,2 1,2	0,3 1,3	0,4 1,4	0,5 1,5	0,6 1,6	0,7 1,7	0,8 1,8	0,9 1,9	1,0 2,0
U2,B	1,0 2,2	1,1 2,4	1,2 2,6	1,3 2,8	1,4 3,0	1,5 3,2	1,6 3,4	1,7 3,6	1,8 3,8	1,9 4,0
f1, кГц	114 216	123 216	135 236	142 247	148 245	156 269	177 278	183 275	186 286	205 293
f2, кГц	110 210	120 225	130 230	140 240	150 250	160 260	170 270	180 280	190 290	200 300
R, кОм	4,3 11	4,7 12	5,1 13	5,6 15	6.2 16	6,8 18	7,5 20	8,2 22	9,1 24	10 27
С, нФ	10 5,1	10 5,1	10 5.1	10 4,7	10 4,7	6,8 4,7	6,8 3,3	6,8 3,3	6,8 3,3	6,8 3,0

Лабораторное задание

1. Исследовать фазовую чувствительность синхронного детектора при детектировании сигналов амплитудной модуляции.

2. Исследовать влияние уровня несущей частоты на процесс синхронного детектирования.

3. Исследовать фазовую чувствительность СД при детектировании сигналов с балансной модуляцией.

4. Исследовать амплитудно-частотную характеристику СД.

Методические указания

1. Исследовать фазовую чувствительность синхронного детектора при детектировании сигналов амплитудной модуляции.

1.1. Включить лабораторную установку и блоки № 1 и №6 (нажать вместе кнопки 1 и 6 переключателя Выбор макета" на блоке питания и измерений). Индикация включения - по свечению светодиодов на блоках 1 и 6.

Включить осциллограф и внешний генератор.

1.2. Структурная схема исследуемой цепи приведена на рис.10.2.

Рис. 10.3. Структурная схема исследования синхронного

детектора (цепь «Е»)

Для сборки схемы исследований необходимо включить цепь «Е» блока №6 лабораторного макета. Индикация включения - по свечению светодиодов цепи «Е».

Соединить выход генератора F=1 кГц внутреннего генератора макета со входом 2 цепи «Е». Ручкой регулировки выходного напряжения установить амплитуду напряжения на выходе генератора U_F =1B.

1.3. Соединить выход внешнего генератора ГЗ-36 со входом 1 цепи «Е». Установить на выходе внешнего генератора напряжение с частотой 15 кГц и амплитудой 1,5В.

1.4.Установить напряжение смещения Е_см =1,2-1,4B.

1.5. Установить ручку регулировки фазы в положение 0°.

1.6.Подключить вход Y₁ осциллографа к гнезду 3, а вход Y₂ - к гнезду 4 цепи «Е». Переключатели входов Y₁ и Y₂ установить в положение “~”. Установить синхронизацию осциллографа по входу 1.

Получить на экране осциллографа устойчивое совместное изображение модулированного ВЧ сигнала и НЧ сигнала. Изображение должно содержать 4.. .8 периодов НЧ сигнала на выходе СД.

Изменяя положение ручки фазосдвигателя φ₁ от 0° до 180° через 10° измерить амплитуду НЧ сигнала (в миллиметрах по сетке экрана осциллографа). Результаты измерений занести в таблицу 10.1.

Таблица 10.1.

φ, град	0°	10°	…………	90°	……..	100°
Uнч

1.7.Построить график зависимости U_нч = f_un (φ₁). Зарисовать одну под другой осциллограммы сигнала с AM и НЧ сигнала на выходе СД для трёх значений фазового сдвига φ₁: 0°, 90°, 180°.

2.Исследовать влияние уровня несущей частоты на процесс синхронного детектирования.

2.1.Схема исследований та же, что и в п.1 (рис.10.2). Ручку φ₁ поставить в положение 0°.

2.2.Изменяя напряжение смещения Е_см от 1,4 до 0В через 0,2В. Измерять амплитуду НЧ сигнала на выходе СД и коэффициент глубины модуляции М. Правило измерения значения М поясняется графиками на рис. 9.3. Расчёт величины М выполняется по формуле (9.1).

При измерении следите за устойчивым изображением. Результаты занести в таблицу 10.2.

Таблица 10.2.

Есм, В	1,4	1,2	……………………………	0
Uнч, В
А max, B
Аmax, В
М,%

По результатам измерений построить графики зависимости U_нч= f_un1(E_cм); М = f_un2(E_cм);

3.Исследовать фазовую чувствительность СД при детектировании сигналов БМ.

3.1.Схема исследований та же, что и в п.1 (рис.10.2).

3.2.Изменяя положение ручки фазосдвигателя φ₁ от 0° до 180° через 10° измерить амплитуду НЧ сигнала (в миллиметрах по сетке экрана осциллографа). Результаты измерений занести в таблицу 10.3.

таблица 10.3

φ1, град	0°	10°	…………	90°	……..	100°
Uнч

Построить график зависимости U_нч =f_un1 (φ₁)

3.3.Зарисовать одну под другой осциллограммы сигнала с БМ и НЧ сигналом на выходе СД для трёх значений фазового сдвига φ₁: 0°, 90°, 180°.

4.Исследовать амплитудно-частотную характеристику СД.

4.1 .Структурная схема исследования приведена на рис.10.3.

Рис. 10.3. Схема исследований АЧХ СД (цепь «З»)

Для сборки схемы исследований необходимо выполнить следующие операции:

Включить цепь «З» блока №6 нажатием кнопки «З» переключателя "Выбор цепи" на блоке №6. Индикация включения- по свечению свето-диода цепи «З».

Образовать в блоке №1 лабораторной установки обратную связь, для чего соединить проводником гнёзда 6 и 2 блока №1 (убедитесь, что блок №1 включён по свечению фотодиода).

Соединить гнездо 6 блока №1 с гнездом 1 цепи «З» блока №6. Соединить выход внешнего генератора ГЗ-36 с гнездом 2 цепи «З»блока №6. Установить на выходе генератора частоту сигнала f=15 кГц и амплитуду напряжения 1,5В.

Соединить вход Y₁ осциллографа с гнездом 3 цепи «З». Второй луч осциллографа погасить, повернув ручку яркости второго луча до упора влево. Установить размах изображения по вертикали равным 4...6 клеток сетки экрана осциллографа.

4.2.Изменяя частоту внешнего генератора от 5 до 25 кГц с шагом 1 кГц, измерять амплитуду U_вых и период Т колебаний в миллиметрах по сетке экрана осциллографа.

Определить частоту колебаний на выходе СД по формуле: F=1/T_нч

Результаты измерений занести в таблицу 10.4.

Таблица 10.4.

f,кГц	5	6	7	………	24	25
Uвых
Т
F

По результатам измерений построить графики зависимостей U_нч=f_un1(f), F=f_un2(f).

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Выполненное домашнее задание.

2. Структурную схему исследований.

3. Осциллограммы.

4. Таблицы и графики результатов измерений.

Контрольные вопросы

1. Изобразить электрическую схему балансного синхронного детектора и объяснить принцип её действия.

2. Изобразить электрическую схему кольцевого синхронного детектора и объяснить принцип её действия.

3. Изобразить структурную схему синхронного детектора и пояснить, почему в её состав входят умножитель и фильтр НЧ.

4. Как влияет форма АЧХ ФНЧ на АЧХ синхронного детектора?

5. Почему частота колебаний на выходе синхронного детектора равна разности частот колебаний на входах?

6. Что такое фазовая чувствительность синхронного детектора?

7. Почему уровень несущего колебания AM сигнала не влияет на уровень НЧ сигнала на выходе синхронного детектора?

8. Как происходит процесс синхронного детектирования AM сигналов?

9. Как происходит процесс синхронного детектирования БМ сигна лов?

10. Почему изменяется фаза НЧ колебания на выходе синхронного детектора при изменении фазы опорного ВЧ колебания от 0° до180°?

11. Почему при φ₁=90° напряжение на выходе синхронного детекторе равно нулю?

12. Какой детектор лучше с точки зрения качества детектирования: амплитудный или синхронный?

13.Как получить опорное ВЧ колебание для работы синхронного детектора?

14. Как происходит процесс синхронного детектирования телеграфных сигналов с AT, ЧТ, ФТ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ДИСКРЕТИЗАЦИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ.

Цель работы: экспериментальное изучение процессов дискретизации и восстановления непрерывных сигналов.

Описание лабораторной установки

В работе используются блоки "Источник сигналов", "Модулятор-дискретизатор" и "Вспомогательные устройства" универсальной лабораторной установки. Наблюдение процессов ведётся с помощью осциллографа.

Дискретизации подвергается "сложный сигнал", представляющий собой сумму двух гармонических колебаний с частотами f₁= 4800 Гц и f₂= 6400Гц.

Дискретизация осуществляется с помощью амплитудно-импульсного модулятора, размещенного в блоке "Модулятор-дискретизатор". При этом переключатель рода работ на лицевой панели блока устанавливается в положение "Диск". На первый вход блока "Модулятор- дискретизатор" ("Вх.1") подаётся последовательность импульсов прямоугольной формы с выхода d₁ блока "Источник сигналов". На второй вход ("Вх.2") подаётся сложный сигнал с выхода "слож. сигн". На выходе дискретизатора при этом получается сигнал с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ). Частота следования импульсов изменяется в пределах 8-20 кГц при вращении ручки "частота" на блоке "Источник сигналов".

В соответствии с теоремой Котельникова период следования Dt импульсов дискретизации определяется верхней граничной частотой F_в сигнала с ограниченным спектром

(11.1)

В этом случае дискретизированный сигнал может быть восстановлен точно с помощью идеального ФНЧ с частотой среза F_в, так как отклики такого фильтра на последовательность коротких импульсов прямоугольной формы, высота которых определяется мгновенными значениями сигнала (отсчёта), взятыми с интервалом времени Dt, совпадают по форме со слагаемыми суммы вида

, (11.2.)

представляющей собой ряд Котельникова.

Здесь: S(kDt) - отсчёты сигнала в моменты времени t=kDt или коэффициенты ряда Котельникова;

- базисная функция ряда Котельникова или импульсная переходная характеристика идеального ФНЧ.

Поскольку идеальный ФНЧ физически не реализуем, для восстановления сигналов в данной работе используются реальные ФНЧ1 и ФНЧ2, размещенные в блоке "Вспомогательные устройства". О качествах этих фильтров можно судить по их импульсным переходным характеристикам.

Лабораторное задание

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

2.Выполнить дискретизацию и определить интервал дискретизации сложного сигнала.

3.Провести восстановление сигнала по его отсчётам.

Методические указания

При выполнении лабораторного задания синхронизация луча осциллографа осуществляется при внешней синхронизации в ждущем режиме.

Для этого соединить гнездо "1:1" блока синхронизации осциллографа с гнездом "Синхрон", блока "Источник сигналов". Переключатель "Синхронизация" осциллографа установить в положение "внеш".

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

1.1. Наблюдать на экране осциллографа и зарисовать осциллограмму сложного сигнала.

Для этого подключить вход "Y₁" осциллографа к гнезду "Сложи. Сигн." блока "Источник сигналов" лабораторной установки. Осциллограмма должна содержать 5-7 колебаний высокой частоты.

1.2. 0ценить полосы пропускания ФНЧ1 и ФНЧ2 по импульсной переходной характеристике.

Для этого соединить выход d₁ блока "Источник сигналов" со входом ФНЧ1 (ФНЧ2). Вход "Y₁" осциллографа подключить к выходу ФНЧ1 (ФНЧ2). На вход "Y₂" осциллографа подключить гармоническое колебание с частотой f₂ от блока. Получить на экране осциллографа совместное изображение колебания с частотой f₂ (верхний луч) и импульсной переходной характеристики ФНЧ1 (ФНЧ2) (нижний луч).

Примерный вид осциллограмм показан на рис.11.1.

Рис. 11.1. Оценивание полосы пропускания ФНЧ1 (ФНЧ2).

По осциллограмме измерить в миллиметрах период Т и интервал Dt. Сравнить величины Dt и T/2 для обоих фильтров и сделать вывод о ширине полосы пропускания. Полоса пропускания фильтра превосходит величину f₂, если Dt £ Т/2 .

Рис.11.2.

2. Выполнить дискретизацию и определить интервал дискретизации сложного сигнала.

2.1. На вход "Y₁" осциллографа подать колебание с наивысшей частотой спектра сложного сигнала f₂= 6400 Гц из блока "Источник сигналов". Вход "Y₂" осциллографа соединить с выходом "Ген. имп." блока "Источник сигналов". Получить на экране осциллографа совместное изображение колебания с частотой f₂ и импульсов дискретизации. Вращая ручку "Частота" на блоке "Источник сигналов", установить интервал следования импульсов Dt таким образом, чтобы на один период колебаний с частотой f₂ приходилось не менее двух импульсов дискретизации, т.е. Dt £ Т/2 (рис.11.2).

2.2.Наблюдать и зарисовать осциллограмму дискретизированного сигнала.

Соединить выход "Ген.имп." блока "Источник сигналов" со входом "Вх.1" блока "Модулятор-дискретизатор", а выход "Сложи, сигн" - со входом "Вх.2". Переключатель на блоке "Модулятор-дискретизатор" установить в положение "Диск".

Подключить вход "Y₁" осциллографа к гнезду "Сложн. сигн" блока "Источник сигналов", а вход "Y₂" - к выходу блока "Модулятор-дискретизатор".

Перемещая осциллограммы по вертикали вращением ручек и регулируя усиление Y₁ и Y₂ совместить осциллограммы сложного и дискретизированного сложного сигналов. Убедиться в том, что дискретизированный сигнал представляет собой последовательность выборочных значений непрерывного сигнала.

Раздвинуть на экране осциллографа изображения сложного и дис-кретизированного сигналов и зарисовать одну под другой.

3.Произвести восстановление сигнала по его отсчётам.

3.1. Подключить выход блока "Модулятор-дискретизатор" ко входу ФНЧ1 (ФНЧ2). Вход Y₁ соединить с гнездом "Сложн. Сигн.", а вход Y₂ - с выходом ФНЧ1 (ФНЧ2).

Перемещая осциллограммы по вертикали вращением ручки «↕» и регулируя усиление Y₁ и Y₂ совместить осциллограммы сложного и восстановленного сигналов. Раздвинуть осциллограммы и зарисовать одну под другой.

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

Домашнее задание

Пояснить процесс дискретизации и восстановления непрерывного сигнала

S(t) = cos(2pf₁t +j₁) + cos(2pf₂t); (11.3)

представляющего собой сумму двух гармонических колебаний с одинаковыми амплитудами и с частотами f₁ и, которые находятся в соотношении f₁/f₂=3/4. Значения фазовых сдвигов j₁ и j₂ задаются в таблице 11.1. для каждой лабораторной установки:

Таблица 11.1

№ лаб.уст.	1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.
j1	0^0	90^0	180^0	270^0	0^0	0^0	0^0	0^0
j2	0^0	0^0	0^0	0^0	270^0	180^0	90^0	0^0

Длительность сложного сигнала принять равной трём периодам колебания частоты f₁.

Произвести построение временных диаграмм:

а) "сложного сигнала" (11.3);

б) дискретизированного "сложного сигнала" в виде последовательности отсчётов, взятых через интервал Котельникова, равный половине периода колебаний с частотой f₂

в) отклика идеального ФНЧ для каждого отсчёта;

г) восстановленного сигнала в виде суммы откликов на каждый из отсчётов (формула 11.2).

Все построения выполнить на миллиметровой бумаге с соблюдением масштаба, располагая временные диаграммы одну под другой.

Содержание отчета

Отчёт должен содержать:

I .Выполненное домашнее задание.

2.Структурную схему исследований.

3.Осциллограммы, полученные экспериментально, по всем пунктам.

4. 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 не ограничен?

8. Как восстанавливается дискретизированный сигнал?

9. 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 №12

ЦИФРОВАЯ ПЕРЕДАЧА НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ.

Цель работы: экспериментальное изучение процессов цифровой передачи и восстановление непрерывных сигналов.

Описание лабораторной установки

В работе используются блоки "Источник сигналов", "Модулятор-дискретизатор" и "Вспомогательные устройства" универсальной лабораторной установки и внешний генератор импульсов. Наблюдение процессов ведётся с помощью осциллографа.

Аналого-цифровому преобразованию подвергается "сложный сигнал", представляющий собой сумму двух гармонических колебаний с частотами f₁ =4800 Гц и f₂ = 6400 Гц, а также из этих колебаний в отдельности. В лабораторной работе исследование процесса цифровой передачи производится на примере дельта- модуляции (ДМ). С этой целью в составе блока "Модулятор-дискретизатор" содержится дельта- модулятор. Для исследования ДМ переключатель этого блока устанавливается в положение ДМ.

Структурная, схема простейшего дельта-модулятора изображена на рис.12.1.

Рис. 12.1. Структурная схема простейшего дельта-модулятора.

(ВУ - вычитающее устройство, К – компаратор, И - интегратор, ГТИ -генератор тактовых импульсов).

Последовательность импульсов на выходе дельта-модулятора формируется по следующему правилу: в отсчётный момент времени в компараторе К сравниваются значения входного сигнала в данный момент S(t_k) и ступенчатой аппроксимации этого сигнала S*(t_k-1) в предыдущий момент времени, сформированного на выходе интегратора. Если), то в канал связи посылается положительный импульс, иначе при S(t_k) > S*(t_k-1) - отрицательный импульс. Таким образом, положительные импульсы двоичной последовательности соответствуют увеличению входного непрерывного сигнала во времени, а отрицательные - уменьшению.

В результате интегрирования положительного импульса напряжение на выходе интегратора увеличивается на одну положительную ступень e. В случае же отрицательного импульса - напряжение уменьшается на одну отрицательную ступень e. В связи с тем, что напряжение на выходе интегратора с погрешностью до ± e может отличаться от входного сигнала, то в процессе формирования сигнала ДМ возникают искажения квантования. Другим видом искажений, специфическим для ДМ, является перегрузка по наклону. Этот эффект возникает в том случае, если крутизна входного сигнала превышает максимально возможную крутизну ступенчатого сигнала на выходе интегратора ef_t (f_t - частота взятия отсчётов).

По указанным причинам для уменьшения искажений квантования следует правильно выбрать параметры e и f_t. В условиях отсутствия перегрузки по наклону мощность искажений квантования пропорциональна e² и обратно пропорциональна f_t.. В связи с тем, что при ДМ в отсчётный момент определяется только знак направления изменения входного сигнала, то частота отсчётов f_t берется в несколько раз больше, чем по теореме Котельникова. Частота отсчётов определяется частотой внешнего генератора импульсов.

На приёмной стороне информационное сообщение восстанавливается из сигнала ДМ с помощью последовательно соединенных интегратора и ФНЧ (практически достаточно одного ФНЧ второго порядка). В лабораторной установке для этой цели используются фильтры ФНЧ1 и ФНЧ2, расположенные в блоке "Вспомогательные устройства".

Лабораторное задание

1.Произвести выбор частоты тактового генератора дельта-модулятора.

2.Исследовать работу дельта-модулятора в режиме молчания.

3.Исследовать работу дельта-модулятора при передаче различных сигналов.

Методические указания

1. Произвести выбор частоты тактового генератора дельта- модулятора.

1.1. Включите макет и генератор тактовых импульсов (ГТИ) ГЗ-36. Для генерирования импульсов прямоугольной формы следует нажать _∏_-кнопку.

1.2. Подключите вход "Y₁" осциллографа к гнезду f₂ на блоке сигналов. Эта частота является максимальной (верхней граничной) в составе спектра "сложного сигнала".

1.3. На вход "Y₂" осциллографа подключите выход (1:1) ГТИ и установите такую частоту ГТИ, чтобы на период частоты f₂ приходилось не менее 6 импульсов ГТИ (что соответствует примерно 38-40 кГц). Зарисуйте осциллограммы и запишите частоту.

2.Исследуйте работу дельта-модулятора в режиме молчания.

2.1.Переведите блок "Модулятор-дискретизатор" в положение ДМ (первое положение против часовой стрелки после положения AM).

2.2. Подключите ГТИ к гнезду 1 блока "Модулятор-дискретизатор".

2.3.Подключив осциллограф к выходу блока "Модулятор-дискрета-затор", наблюдайте сигнал дельта- модулятора в режиме молчания. Полученную осциллограмму зарисуйте.

3. Исследуйте работу дельта-модулятора при передаче различных сигналов.

3.1.Соедините выход дельта-модулятора со входом ФНЧ1.

3.2.Подключите ко входу 2 блока "Модулятор-дискретизатор" сигнал с частотой.

3.3. Подключите ко входу "Y₁" осциллографа вход 2 блока "Модулятор-дискретизатор", а ко входу "Y₂" - поочередно выход ФНЧ1 и выход дельта - модулятора. Наблюдайте и зарисуйте соответствующие осциллограммы. При этом сравните передаваемый сигнал (1-ый луч осциллографа) и восстановленный сигнал (2-ой луч осциллографа).

3.4. Переключите выход дельта- модулятора на вход ФНЧ2 и повторите пункт 3.3.

3.5.Сравните восстановленные сигналы на выходах ФНЧ1 и ФНЧ2 с передаваемым и сделайте выбор лучшего ФНЧ.

3.6.Подключите ко входу 2 дельта- модулятора сигнал с частотой f₂ и повторите пункты 3.3,3.4,3.5.

3.7.Подключите ко входу 2 дельта- модулятора "сложный сигнал" и повторите пункты 3.3, 3.4, 3.5.

3.8.Наблюдая осциллограмму восстановленного сигнала на выходе выбранного ФНЧ и увеличивая частоту ГТИ до 200 кГц, убедиться в происходящем улучшении качества восстановления сигнала. Зарисуйте осциллограммы на выходе ФНЧ при частоте ГТИ в 3-4 раза больше выбранной в пункте 1.3.

Домашнее задание

Пояснить процесс аналогo- цифрового формирования и восстановления непрерывного сигнала ("сложного сигнала")

S(t)=cos(2pf₁t +j₁)+ cos(2pf₂ t+j2 ).

параметры которого f₁, f₂, j₁, j₂ соответствуют данным, приведённым в лабораторной работе Дискретизация непрерывных сигналов. При выполнении домашнего задания для лабораторных установок 1,3,5,7 использовать метод ИКМ, а для лабораторных установок 2,4,6,8 - метод ДМ. Длительность "сложного сигнала" принять равной трём периодам колебания частоты f₁

Произвести построения временных диаграмм:

а) "сложного сигнала";

б) дискретизированного "сложного сигнала", если интервал дискретизации равен половине периода колебания с частотой f₂ для ИКМ или одной шестой периода того же колебания для ДМ.

в) результата квантования дискретизированного сигнала при восьми уровнях квантования ИКМ,

г) двоичной последовательности импульсов, формируемой при заданном методе модуляции для передачи по каналу связи.

д) восстановленного сигнала на выходе ЦАП (интегратора) и ФНЧ. Все построения выполнить на миллиметровой бумаге с соблюдением масштабов, располагая временные диаграммы одну под другой.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Выполненное домашнее задание.

2. Структурную схему исследований.

3. Осциллограммы, полученные экспериментально, по всем пунктам.

4. Анализ полученных результатов и выводы.

Контрольные вопросы

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

2. Составьте структурную схему цифровой системы передачи с ИКМ и ДМ. Поясните назначение отдельных узлов.

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

4. Изобразите временные диаграммы формирования и восстановления сигналов при ИКМ и ДМ.

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

6. Что такое перегрузка по наклону при ДМ?

7. В чём заключаются преимущества цифровой передачи с компанди-рованием?

8. Поясните принцип действия цифровых систем передачи с ИКМ и

ДМ.

9. Сравните достоинства и недостатки систем передачи с ИКМ и ДМ.

10. Поясните принцип действия, преимущества и недостатки систем передачи с ДИКМ и адаптивной дельта- модуляцией.