6 Опис лабораторного макета

Лабораторна робота виконується в середовищі HP VEE. Структурна схема макета для дослідження проходження сигналу і шуму через синхронний і частотний детектори наведена на рис. 3.

Макет містить модулятори сигналів АМ, БМ і ОМ з модулюючим сигналом b(t) = 0,3sin(2120t) + 0,3sin(2260t) + 0,4sin(2460t), а також модулятор сигналу ЧМ з модулюючим сигналом b(t) = 0,3sin(2100t) + 0,3sin(2160t) + 0,4sin(2220t). Частота несійного коливання 10 кГц. Коефіцієнт m_АМ = 1. Модулятор сигналу ОМ формує верхню бокову смугу частот. Девіація частоти сигналу ЧМ f_д = 800 Гц.

Після вибору виду модуляції за допомогою спадаючого меню підмикається синхронний детектор для дослідження детектування сигналів АМ, БМ і ОМ та частотний детектор для дослідження детектування сигналу ЧМ. ЧД виконаний за схемою, наведеною на рис. 2.

Генератор смугового шуму виробляє реалізації квазібілого шуму, спектр яких зосереджений у смузі частот модульованих сигналів, а саме:

у смузі 9500…10500 Гц при дослідженні детектування сигналів АМ і БМ;

у смузі 10000…10500 Гц при дослідженні детектування сигналу ОМ;

у смузі 9000…11000 Гц при дослідженні детектування сигналу ЧМ.

Підсилювач у колі шуму регульований – можна змінювати коефіцієнт підсилення.

Сума сигналу і шуму подається на вхід синхронного чи частотного детектора. Для дослідження роздільного проходження сигналу і шуму використовуються: вимикач модульованого сигналу й установка коефіцієнта підсилення в колі шуму, що дорівнює нулю. Дослідження проходження шуму через ЧД виконується при немодульованій несійній. Для цього модуляцію (Вмик. модуляції) вимикають, а вихід модулятора залишають ввімкненим (Вмик. сигналу).

Є три вимірювачі потужності: смугового шуму, модульованого сигналу і процесу на виході детектора. Використовуються два аналізатори амплітудних спектрів – на вході і виході детекторів. Використовуються два осцилографи: один для спостереження процесу на вході детектора, другий для спостереження процесів на вході модулятора і виході детектора по черзі чи одночасно.

У програмі при генеруванні реалізацій сигналів і шумів використано число відліків 4000 при тривалості реалізацій 0,05 с, тобто частота дискретизації дорівнює 80 кГц.

7 Вимоги до звіту

7.1 Назва лабораторної роботи.

7.2 Мета роботи.

7.3 Результати виконання домашнього завдання.

7.4 Структурні схеми досліджень та результати виконаних пунктів лабораторного завдання (графіки і числові значення).

7.5 Висновки за кожним пунктом завдання, в яких надати аналіз отриманих результатів (збіг експериментальних та теоретичних даних тощо).

7.6 Дата, підпис студента, віза викладача з оцінкою за 100-бальною системою оцінювання.

Література

1 Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1986.

Лабораторна робота 2.7 Дослідження LC-автогенератора

1 Мета роботи

Вивчення принципів побудови LC-автогенераторів і методики вибору параметрів схем. Дослідження умов самозбудження LC-автогенератора.

2 Ключові положення

2 .1 Схеми автогенераторів (генераторів без зовнішнього збудження) належать до систем зі зворотним зв’язком. Структурна схема лінійної системи зі зворотним зв’язком наведена на рис. 1. Схема містить основний елемент – підсилювач з передавальною функцією К_п(р) і коло зворотного зв’язку з передавальною функцією К_зз(р). Якщо позначити зображення вхідного і вихідного сигналів U_вх(р) і U_вих(р), то рівняння, що описує схему, матиме вигляд

U_вих(р) = К_п(р) [U_вх(р) + К_зз(р) U_вих(р)]. (1)

Передавальна функція системи зі зворотним зв’язком визначається

. (2)

Поклавши р = j, отримаємо коефіцієнт передачі системи

. (3)

Якщо на деяких частотах

1 – К_зз(j)К_п(j) < 1, (4)

то на цих частотах має місце додатний зворотний зв’язок – на цих частотах модуль коефіцієнта передачі системи більший, ніж модуль коефіцієнта підсилення підсилювача.

2.2 Для схем автогенераторів характерно, що на частоті, яка дорівнює частоті коливання, що генерується, не лише виконується нерівність (4), але й

1 – К_зз(j)К_п(j)  0 (5)

– це умова самозбудження. Ця умова виконується завдяки тому, що виконується залежним від частоти коефіцієнт підсилення підсилювача або/і коло зворотного зв’язку. Роль u_вх(t) виконує напруга дуже малого рівня, наприклад, теплові шуми схеми чи напруга, що виникає за рахунок протікання струмів у момент вмикання схеми. Амплітуда коливання u_вих(t) буде наростати, все більше нагадуючи за формою гармонічне коливання частоти, на якій К₀(j) максимальний, до того часу, поки підсилювач буде знаходитись у лінійному режимі. Потім підсилювач перейде в нелінійний режим, зростання амплітуди коливання u_вих(t) уповільниться через насичення і/або відсічку і, кінець кінцем, схема перейде в усталений режим.

2.3 В усталеному режимі напругою u_вх(t) можна знехтувати і на основі рис. 1 записати рівняння для коливання u_вх1(t) частоти f₀, що генерується, подаючи його амплітудою U₁ і фазою ₁

U₁e^j1 = U₁e^j1 K_пуe^jпK_ззe^jзз або K_пуe^jпK_ззe^jзз = 1, (6)

де K_пу і K_зз – модулі коефіцієнтів передачі підсилювача в усталеному режимі на частоті f₀ і кола зворотного зв’язку;

_п і _зз – фазові зсуви, що вносяться підсилювачем в усталеному режимі на частоті f₀ і колом зворотного зв’язку.

Окремі рівняння для модулів і фаз

K_пуK_зз = 1, _п + _зз = k2, k = 0, 1, 2, … (7)

Ці співвідношення називаються умовами балансу амплітуд і балансу фаз у схемі автогенератора.

2.4 Для того, щоб підсилювач і/або коло зворотного зв’язку були залежні від частоти, використовують коливальний контур або RC-кола. З точки зору побудови автогенератора параметри підсилювача і кола зворотного зв’язку вибирають так, щоб на частоті генерування коливання мав місце баланс фаз (7) та виконувалась умова самозбудження

K_пK_зз > 1, (8)

де K_п – коефіцієнт підсилення підсилювача у лінійному режимі.

2.5 У LC-автогенераторах використовуються одиночні резонансні контури. До появи операційних підсилювачів, коли як підсилювач використовувались транзистори та лампи, широке розповсюдження мали схеми з трансформаторним зворотним зв’язком та так звані триточки. При виконанні автогенератора на операційному підсилювачі, завдяки його великому коефіцієнту підсилення, можна суттєво зменшити вплив підсилювача на параметри контуру, що визначають частоту генерованих коливань. На неінвертуючих операційних підсилювачах можна будувати LC-автогенератори за схемами, наведеними на рис. 2.

У схемі на рис 2, а підсилювач П аперіодичний з коефіцієнтом передачі в лінійному режимі K_п, а коло зворотного зв’язку частотнозалежне: дільник з опору R_зз і резонансного контуру. Резонансна частота контуру

. (9)

Частота генерованого коливання збігається з частотою f₀. На резонансній частоті опір контуру є дійсною величиною

, (10)

де Q – добротність контуру;

(11)

– характеристичний опір контуру.

Коефіцієнт передачі кола зворотного зв’язку на резонансній частоті f₀ є дійсною величиною

. (12)

Отже, у схемі рис. 2, а _п = 0, _зз = 0 і виконується умова балансу фаз. Досить вибрати K_п і K_зз за умови (8). Після переходу схеми в усталений режим умова балансу амплітуд виконується автоматично.

У схемі рис. 2,б підсилювач частотнозалежний, оскільки він навантажений на резонансний контур. Частота генерованого коливання збігається з резонансною частотою контуру f₀. На частоті f₀ опір контуру є дійсною величиною, і підсилювач не вносить зсуву фази. Коло зворотного зв’язку частотнонезалежне. Оскільки _п = 0 і _зз = 0, то умова балансу фаз виконується. Коефіцієнт передачі кола зворотного зв’язку визначається

, (13)

де R_вх – опір, ввімкнений на вході підсилювача. Значення K_п і K_зз вибираються за умови (8).