Используемые приборы и оборудование

1. Лабораторный стенд УФС05 «Цифровой синтезатор частоты с ФАП».

2. Универсальный осциллограф.

3. Анализатор спектра.

4. Коаксиальные соединительные кабели (2 шт.).

Порядок подготовки к лабораторной работе

1. Повторить правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ (гл. 1).

2. Изучить структуру и принцип действия цифрового синтезатора частоты косвенного типа с системой ФАП. Начертить его функциональную схему.

3. Ознакомиться с назначением и расположением органов управления стендом (см. п. 2.5. Стенд «Цифровой синтезатор частоты с ФАП»). Определить режимы измерений, обеспечиваемые встроенным мультиметром.

4. Изучить порядок выполнения лабораторной работы.

Порядок выполнения лабораторной работы

1. При помощи соединительных кабелей подключить выходные каналы стенда к входным каналам осциллографа и анализатора спектра: к осциллографу подключить выход ИФД (канал 1), а к анализатору спектра – выход ССЧ (канал 2). Включить лабораторный стенд и осциллограф для прогрева. На экране ЖКИ мультиметра должна появиться надпись, указывающая на его общую работоспособность. Перед началом работы, нажимая кнопки управления мультиметром, ознакомиться с режимами его работы и проверить работоспособность во всех режимах.

2. Ознакомиться с работой синтезатора. Для этого, пользуясь клавиатурой управления, включить ФАП, ИФД1, установить частоту выходных колебаний 1050 кГц и K_ФД=4,5. Полосу пропускания ФНЧ выбрать равной 1 кГц, род работы – немодулированные колебания. Изменяя частоту выходного сигнала до 1250 кГц с шагом 10 кГц, зафиксировать на экране осциллографа изменения напряжения на выходе ИФД, показания U_ФД на ЖКИ стенда и спектрограммы выходного сигнала синтезатора на экране анализатора спектра. Повторить эксперимент, подключив ИФД2.

3. Снять настроечную характеристику ГУН ССЧ. Для этого установить переключатель «РОД РАБОТЫ» в положение «НЕМОД», разомкнуть кольцо ФАП («ВЫКЛ.»), остальные переключатели – в произвольные состояния. Изменяя управляющее напряжение на варикапах ручкой K_ФД от минимально возможного до максимально возможного значений, снять зависимость f_ВЫХ от Е_УПР, считая, что Е_УПР=К_ФД. Построить график зависимости.

4. Измерить полосу удержания кольца ФАП. Для этого при максимальном значении K_ФД включить ИФД1, установить полосу пропускания ФНЧ 1 кГц, замкнуть кольцо ФАП, установить частоту сигнала на выходе синтезатора равной 1000 кГц и, плавно уменьшая К_ФД, добиться возникновения синхронизации, что может быть зарегистрировано по пропаданию переменной составляющей в осциллограмме напряжения на выходе ИФД1, либо по показаниям частотомера, либо по изменению спектрограммы выходного сигнала ССЧ. При этом минимальное значение частоты выходных колебаний в полосе удержания f_Уmin окажется равным 1000 кГц. Далее, плавно изменяя коэффициент деления ДПКД в сторону увеличения частоты, добиться срыва синхронизации и отметить верхнее значение рабочей частоты в полосе синхронизации f_Уmax. Вычислить ширину полосы удержания f_У=f_Уmax-f_Уmin. Повторить эксперимент при большем значении К_ФД. Для этого установить частоту 1002 кГц и повторить описанный ранее эксперимент.

5. Исследовать кратковременную и средневременную нестабильности частоты синтезатора при замкнутой и разомкнутой петле ФАП. Для этого установить полосу пропускания ФНЧ равной 50 Гц, режим работы синтезатора НЕМОД, подключить ИФД1, установить частоту выходных колебаний равной 1100 кГц. Установку частоты в режиме с разомкнутой петлей ФАП осуществлять потенциометром «К_ФД», с замкнутой петлей – кнопками «УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ» и потенциометром «К_ФД» для синхронизации петли ФАП.

Снять и построить зависимости кратковременной и средневременной нестабильностей частоты от времени усреднения для синтезатора при замкнутой и разомкнутой петле ФАП. Измерения кратковременной и средневременной нестабильностей частоты проводятся с помощью частотомера в режиме измерения частоты при значениях времени усреднения =0,001; 0,01; 0,1; 1 и 10 с. Для каждого времени усреднения зафиксировать 10 значений частоты f_i. Вычислить среднюю частоту, дисперсию и относительную нестабильность частоты, используя выражения

,

и

где f_i()=f_i()-f_CP().

6. Исследовать процесс установления частоты в синтезаторе с ФАП. Пользуясь клавиатурой на лицевой панели стенда, замкнуть петлю ФАП, включить ИФД1, выставить К_ФД=4,5 и установить в синтезаторе режим двухуровневой частотной телеграфии (переключатель «РОД РАБОТЫ» в положении «ЧТ1»). Получить на экране осциллографа переходные процессы на выходе ИФД. Зарисовать различные виды переходных процессов, изменяя в максимальных пределах коэффициент передачи ИФД, полосу пропускания ФНЧ и текущее значение частоты выходного сигнала.

Рекомендуется получить и зафиксировать все возможные варианты переходных процессов при изменении каждого из варьируемых параметров.

7. Исследовать зависимость уровня побочных спектральных составляющих в спектре выходного сигнала ССЧ от коэффициента передачи ИФД К_ФД и полосы пропускания ФНЧ. Для этого замкнуть петлю ФАП, установить режим «НЕМОД», включить ИФД1 и установить частоту выходных колебаний равной 1100 кГц.

7.1. Получить и зарисовать изменения спектра выходного сигнала синтезатора при изменении К_ФД при различных значениях полосы пропускания ФНЧ.

7.2. Измерить относительный уровень амплитуд спектральных составляющих с частотами f_ПОБ=f_ВЫХ1 кГц.

7.3. Сравнить спектрограммы выходного сигнала синтезатора при замкнутой и разомкнутой петле ФАП в областях малых (± 100 Гц) и больших (± 5 кГц) расстроек относительно частоты выходного сигнала.

Эксперимент проводится при полосе пропускания ФНЧ 50 Гц.

8. Пользуясь клавиатурой управления, замкнуть петлю ФАП, включить ИФД1, установить К_ФД=4,5, режим работы «ЧТ1» (двухуровневая частотная телеграфия) и частоту выходных колебаний ССЧ, равную 1010 кГц. Полосу пропускания ФНЧ выбрать максимальной.

Зарисовать спектрограмму выходного сигнала синтезатора и осциллограмму напряжения на выходе ИФД. Повторить эксперимент, установив в синтезаторе режим многоуровневой частотной телеграфии (режим «ЧТ2»). Зафиксировать изменения осциллограммы напряжения на выходе ИФД при изменении режима манипуляции. Сравнить результаты, полученные для различных видов частотной телеграфии.

9. Наблюдая осциллограмму напряжения на выходе ИФД, при максимальной полосе пропускания ФНЧ и максимальном значении К_ФД выбрать частоту сигнала на выходе синтезатора таким образом, чтобы при двухуровневой частотной манипуляции переход с одной частоты на другую осуществлялся за один период частоты сравнения (f_ВЫХ=1010 кГц). Затем, пользуясь клавиатурой управления, установить режим двухуровневой фазовой телеграфии (режим «ФТ1»).

Зафиксировать спектрограмму выходного сигнала синтезатора. Повторить эксперимент, установив в синтезаторе режим фазовой телеграфии с линейным нарастанием и спадом начальной фазы колебания (режим «ФТ2»). Сравнить полученные результаты. Обратить внимание на осциллограммы напряжения на выходе ИФД1.