Порядок выполнения работы

Устройства, выполненные средствами пакета ELECTRONICS WORKBANCH, с амплитудной, частотной и однополосной модуляцией, показаны на рис. 6,7 и 8 соответственно.

Процедура работы с пакетом ELECTRONICS WORKBANCH сводится к следующим действиям:

• формируется электрическая схема анализируемого устройства с помощью встроенного редактора, для этого нужные компоненты “перетаскиваются” с панели компонентов в рабочую область и соединяются друг с другом с помощью проводников, устанавливаются значения параметров компонентов;

• к схеме подключаются необходимые тестовые инструменты: функциональный генератор, вольтметр, амперметр, осциллограф, логический анализатор, пробник и др.;

• работа схемы активируется нажатием на виртуальный “выключатель питания”;

• результаты анализа, например, осциллограммы периодического процесса или амплитудно-частотная характеристика устройства могут быть сохранены для последующего документирования (оформление отчета).

При создании схемы пакет Electronics Workbench позволяет:

• выбирать элементы и приборы из библиотек,

• перемещать элементы и схемы в любое место рабочего поля,

• поворачивать элементы и их группы на углы, кратные 90 градусам,

• копировать, вставлять или удалять элементы, фрагменты схем,

• изменять цвета проводников,

• выделять цветом контура схем,

• одновременно подключать несколько измерительных приборов и наблюдать их показания на экране монитора,

• присваивать элементам условные обозначения,

• изменять параметры элементов.

Изменяя настройки приборов можно:

• изменять шкалы приборов в зависимости от диапазона измерений,

• задавать режим работы прибора,

• задавать вид входных воздействий на схему (постоянные или гармонические токи или напряжения, треугольные или прямоугольные импульсы).

Устройство с амплитудной модуляцией (рис.6) содержит источник модулирующего низко частотного (НЧ) сигнала Vmod, в качестве которого в реальных устройствах могут быть микрофон, магнитофон и т. п., источник несущего высоко частотного (ВЧ) колебания Vcar, усилитель модулирующего НЧ сигнала А1, нелинейный усилитель – модулятор А2 (перемножитель сигналов) и антенну, представленную на схеме эквивалентным сопротивлением Ranten.

Устройство с частотной модуляцией (рис.7) содержит источник ВЧ–модулированного сигнала Vfm, в качестве которого в реальных РПУ могут быть автогенератор с варикапом, автогенераторный преобразователь с частотным выходом т. п., усилитель модулированного сигнала А1 и антенну Ranten.

Рис.6. Устройство с амплитудной модуляцией

Устройство с однополосной модуляцией (рис.8) содержит источник модулирующего НЧ сигнала Vmod, в качестве которого в реальных устройствах могут быть микрофон, магнитофон и т. п., источник несущего ВЧ колебания Vcar, усилитель модулирующего НЧ сигнала А1, балансный модулятор А2 (перемножитель сигналов), полосовой фильтр на элементах L1, RL, C1, R1, а также усилитель модулированного ВЧ сигнала А3 и антенну Ranten. В схемах (рис. 6–8) показан также осциллограф, подключенный к антенне.

Источники модулирующего и несущего сигналов формируют, соответственно, НЧ и ВЧ колебания вида:

Vmod = Umod cos Ωmod t , Vcar = Ucar cos ωcar t .

(10)

Модулированные ВЧ сигналы при амплитудной, частотной и однополосной модуляции имеют следующие временные представления:

Vam = Ucar (1+ M cos Ωmod t) cos ωcar t Vfm = Ucar cos ωcar (1+ M cos Ωmod t) t Vssb = Ussb cos (ωcar + Ωmod t) t ,

(11)

где М – индекс глубины модуляции.

При отсутствии амплитудных искажений (в идеальном случае) при амплитудной и частотной модуляции M = k*U_mod и при однополосной модуляции U_ssb = k*U_mod , где k – крутизна модуляционной характеристики.

Примеры сигналов с различными видами модуляции представлены на рис. 9–11.

Осциллограф , имитируемый программой Workbench, представляет собой аналог двулучевого запоминающего осциллографа и имеет две модификации: простую и расширенную. Расширенная модификация по своим возможностям приближается к лучшим цифровым запоминающим осциллографам. Из-за того, что расширенная модель занимает много места на рабочем поле, рекомендуется начинать исследования простой моделью, а для подробного исследования процессов – использовать расширенную модель.

Осциллограф можно подключить к уже включенной схеме или во время работы схемы переставить выводы к другим точкам – изображение на экране осциллографа изменится автоматически.

Двойным щелчком мыши по уменьшенному изображению открывается изображение передней панели простой модели осциллографа с кнопками управления, информационными полями и экраном.

Для проведения измерений осциллограф нужно настроить, для чего следует задать:

1) расположение осей, по которым откладывается сигнал;

2) нужный масштаб развертки по осям;

3) смещение начала координат по осям;

4) режим работы по входу: закрытый или открытый;

5) режим синхронизации: внутренний или внешний.

Настройка осциллографа производится при помощи полей управления, расположенных на панели управления.

Панель управления имеет общий для обеих модификаций осциллографа вид и разделена на четыре поля управления:

1) горизонтальной разверткой (Time base);

2) синхронизацией (Trigger);

3) каналом А;

4) каналом В.

Поле управления горизонтальной разверткой (масштабом времени) служит для задания масштаба горизонтальной оси осциллографа при наблюдении напряжения на входах каналов А и В в зависимости от времени. Временной масштаб задается в: с/дел, мс/дел, мкс/дел, нс/дел (s/div, ms/div, ms/div, ns/div соответственно). Величина одного деления может быть установлена от 0,1 нс до 1 с. Масштаб может дискретно уменьшаться на один шаг при щелчке мышью на кнопке справа от поля и увеличиваться при щелчке на кнопке .

С помощью кнопок , расположенных в поле строки X POS, можно дискретно сдвигать начало осциллограммы по горизонтальной оси. В этом же поле расположены три кнопки: Y/T, А/В, В/А, позволяющие задавать вид зависимости отображаемых сигналов. При нажатии на кнопку Y/T по вертикальной оси откладывается напряжение, по горизонтальной оси –время, при нажатии на кнопки А/В по вертикальной оси откладывается амплитуда напряжения на входе канала А, по горизонтальной оси – канала В и при нажатии на кнопку В/А наоборот. При этом масштаб осей определяется установками соответствующих каналов. В режимах А/В и В/А можно наблюдать частотные и фазовые сдвиги (фигуры Лиссажу), петли гистерезиса, вольтамперные характеристики и т.д.

Две нижних части панели осциллографа являются полями управления отображением сигналов, поданных на входы каналов А и В соответственно.

Верхнее окно в поле позволяет управлять масштабом оси отображаемого напряжения по вертикальной или горизонтальной оси. Цена деления может дискретно устанавливаться от 10 mV/div до 5 кV/div. Масштаб для каждой оси устанавливается отдельно. Чтобы получить удобное для работы изображение на экране осциллографа перед началом эксперимента, следует установить масштаб, соответствующий ожидаемому напряжению.

Ниже расположено поле, которое позволяет дискретно сдвигать ось X вверх или вниз. Для того, чтобы развести изображения от каналов А и В, следует воспользоваться сдвигом по оси Y (Y POS) для одного или двух каналов.

Три нижние кнопки реализуют различные режимы работы входа осциллографа по входу. Режим работы осциллографа с закрытым входом устанавливается нажатием на кнопку АС. В этом режиме на вход не пропускается постоянная составляющая сигнала. При нажатии на кнопку DC осциллограф переходит в режим с открытым входом. В этом режиме на вход осциллографа пропускается как постоянная, так и переменная составляющая сигнала. При нажатии на кнопку 0 вход осциллографа соединяется с общим выводом осциллографа, что позволяет определить положение нулевой отметки по оси Y.

Верхнее правое поле управления TRIGGER определяет момент начала отображения осциллограммы на экране осциллографа. Кнопки в строке EDGE задают момент запуска осциллограммы по фронту или по срезу импульса на входе синхронизации. Поле LEVEL позволяет задавать уровень, при превышении которого происходит запуск осциллограммы. Значение уровня можно сдвинуть на три деления вниз или вверх.

Осциллограф имеет четыре режима синхронизации.

1 Автоматический режим (AUTO) – запуск осциллограммы производится автоматически при подключении осциллографа к схеме или при ее включении. Когда «луч» доходит до конца экрана, осциллограмма снова прописывается с начала экрана (новый экран).

2 Режимы запуска по входу А или В, в которых запускающим сигналом является сигнал, поступающий на соответствующий вход.

3 Режим «Внешний запуск» (EXT – external). В этом случае сигналом запуска является сигнал, подаваемый на вход синхронизации.

Нажатие клавиши Expand на панели простой модели открывает окно расширенной модели осциллографа. Панель расширенной модели осциллографа в отличие от простой модели расположена под экраном и дополнена тремя информационными табло, на которые выводятся результаты измерений. Кроме того, непосредственно под экраном находится линейка прокрутки, позволяющая наблюдать любой временной отрезок процесса от момента включения до момента выключения схемы. В сущности, расширенная модель осциллографа это совершенно другой прибор, позволяющий намного удобнее и более точно проводить численный анализ процессов.

На экране осциллографа расположены два курсора, обозначаемые 1 и 2, при помощи которых можно измерить мгновенные значения напряжений в любой точке осциллограммы. Для этого следует просто перетащить мышью курсоры за треугольники в их верхней части в требуемое положение. Координаты точек пересечения первого курсора с осциллограммами отображаются на левом табло, координаты второго курсора – на среднем табло. На правом табло отображаются значения разностей между соответствующими координатами первого и второго курсоров. Результаты измерений, полученные при помощи расширенной модели осциллографа, можно записать в файл. Для этого следует нажать кнопку Save (Сохранить) и в диалоговом окне ввести имя файла.

Ч тобы вернуться к прежнему изображению осциллографа, следует нажать клавишу REDUCE, расположенную в правом нижнем углу.

Лицевая панель осциллографа приведена на рисунке

Пользуясь пакетом ELECTRONICS WORKBANCH необходимо выполнить следующие этапы:

1. Познакомиться с базовыми схемами устройств с амплитудной, частотной и однополосной модуляцией.

2. Собрать схему устройства с амплитудной модуляцией. Параметры элементов схемы установить в соответствии с рис. 6 и табл. 1.

Таблица 1

Параметры устройства с амплитудной модуляцией	№ варианта
	1	2	3	4	5	6
Амплитуда источника Vmod, мВ	10	20	30	40	50	60
Частота источника Vmod, кГц	1	2	3	4	5	6

3. Снять осциллограммы выходных модулированных ВЧ колебаний.

4. Собрать схему устройства с частотной модуляцией. Параметры элементов схемы установить в соответствии с рис.8 и табл. 2.

5. Снять осциллограммы выходных модулированных ВЧ колебаний.

Рис. 7. Структура устройства с частотной модуляцией

6.  Собрать схему устройства с однотональной модуляцией. Параметры элементов схемы установить в соответствии с рис. 9 и табл. 3.

7. Снять осциллограммы выходных модулированных ВЧ колебаний.

Рис.8. Структура устройства с однотональной модуляцией

8. Отобразить в отчетах осциллограммы НЧ модулирующих, ВЧ несущих и ВЧ модулированных сигналов для всех видов модуляции и с указанием частот, амплитуд и индексов модуляции сигналов. При этом по осциллографу определить частоту f_ssb = 1/T выходного сигнала при однополосной модуляции и индекс амплитудной модуляции по формуле:

М = (Umax – Umin)/(Umax + Umin).

Таблица 2

Параметры устройства с частотной модуляцией	№ варианта
	1	2	3	4	5	6
Амплитуда VA источника Vfm, мВ	300	400	500	600	700	800
Индекс модуляции	30	40	50	60	70	80

Таблица 3

Параметры устройства с однополосной модуляцией	№ варианта
	1	2	3	4	5	6
Амплитуда источника Vmod, мВ	20	40	60	80	100	120

Рис.10. Осциллограмма однотональной модуляции

Рис. 11. Осциллограмма сигнала с амплитудной модуляцией

Рис. 12. Осциллограмма сигнала с частотной модуляцией