Содержание отчета

1. Принципиальная схема исследования и сток-затворная характеристика полевого транзистора для соответствующего варианта работы.

2. Таблицы экспериментальных данных 4.1- 4.3

3. Графики модуляционных характеристик ₁(U₀) и ₂(U₀).

4. Осциллограммы исследованных процессов согласно пунктам 1- 5 методических указаний.

Контрольные вопросы

1. Что такое амплитудная модуляция? Запишите аналитическое выражение АМ сигнала.

1. Какая форма ВАХ нелинейного элемента является наилучшей для получения АМ сигналов?

2. Что такое глубина модуляции?

3. Как измерить глубину модуляции по временной диаграмме АМ сигнала или по спектру?

4. Как связаны между собой ширина спектра модулирующего и ширина спектра модулированного сигнала при АМ?

5. Как распределяется мощность между составляющими АМ сигнала?

6. Изобразите простейшую схему амплитудного модулятора.

7. Какова роль нагрузки амплитудного модулятора?

8. Что такое статическая модуляционная характеристика? Как по статической модуляционной характеристике выбрать режим работы модулятора?

9. Как по статической модуляционной характеристике определить максимальную девиацию амплитуды? Максимальную глубину модуляции?

10. Изобразите спектр сложного АМ сигнала, в котором модулирующий сигнал состоит из первых трех гармоник частоты F=1 кГц.

11. Изобразите векторные диаграммы для сигналов обычной АМ, балансной АМ, однополосной АМ.

12. Дайте определение балансной модуляции. Изобразите временную и спектральную диаграммы сигнала балансной модуляции одним гармоническим колебанием.

13. Изобразите простейшую схему балансного модулятора.

14. Дайте определение однополосной модуляции. Изобразите временную и спектральную диаграммы сигнала однополосной модуляции при модуляции одним гармоническим колебанием.

15. Изобразите схему для получения однополосной модуляции.

Рекомендуемая литература

1. Астрецов Д.В, Вострецова Е.В. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ В ПРИМЕРАХ И ЗАДАЧАХ: Учебно-методическое пособие /Д.В. Астрецов, Е.В. Вострецова. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГУ-УПИ, 2006.-С.21-25.

2. Карлащук В.И., Карлащук С.В. Электронная лаборатория на IBM PC. Том 1. Моделирование элементов аналоговых систем. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2006. – С.85-180 с.

3. Теория электрической связи: Учебник для вузов/ под ред.

Д.Д. Кловского. – М.: Радио и связь, 1998. – С. 88-96.

Лабораторная работа № 5 Исследование детектирования ам колебаний

Цель работы:

Исследование принципа работы и характеристик диодного детектора.

Решаемые задачи:

- снятие временных диаграмм детектора и определение по ним оптимальной емкости RC-фильтра при пониженной и повышенной частоте несущего колебания.

- снятие характеристики детектирования и определение линейного участка, а также параметров оптимального режима детектирования.

Основные теоретические сведения

Амплитудный детектор (АД) - устройство, на выходе которого создается напряжение в соответствии с законом модуляции амплитуды входного гармонического сигнала. Если на входе АД действует напряжение u_вх = Uн(1 + mcosΩt)cosω₀t, модулированное по амплитуде колебанием с частотой F = Ω/2π (где Uн - амплитуда несущей, m - индекс модуляции), то график изменения этого напряжения во времени и его спектр имеют вид , показанный на рис.5.1а. Напряжение на выходе детектора Eд и его спектр приведены на рис. 5.1б. В зависимости от способа выполнения АД можно подразделить на синхронные детекторы, использующие линейную цепь с периодически меняющимися параметрами, и асинхронные, использующие нелинейные цепи. Коэффициент передачи АД можно найти по формуле:

Кд = U_F /mUн.

Основные характеристики амплитудных детекторов изображены на рис. 5.1.

а) Вход АД б) Выход АД

Рисунок 5.1 – Временные диаграммы и амплитудные спектры напряжений на входе и выходе АД

Основной характеристикой АД является детекторная характеристика, показывающая зависимость выпрямленного напряжения детектора Е_д от амплитуды Uн(1 + mcosΩt) модулированного напряжения, подводимого ко входу. Данная характеристика показана на рис. 5.2.

Рисунок 5.2 – Детекторная характеристика и диаграммы изменения во времени амплитуд напряжений на входе и выходе детектора

Очевидно, для детектирования без искажений детекторная характеристика должна быть линейной. В этом случае по ее наклону можно определить коэффициент передачи Кд.

Принцип работы диодного АД. Схема последовательного АД (нагрузка и диод включены последовательно) приведена на рис.5.3. Принцип работы диодного АД можно пояснить с временной или спектральной точек зрения

Рисунок 5.3 -Схема диодного АД

Временная трактовка принципа работы АД. Пусть на вход АД поступает гармоническое напряжение с медленно меняющейся амплитудой u_вх = Uн cosω_оt (рис.5.4).

Рисунок 5.4 - Временная трактовка принципа работы АД.

Если напряжение u_вх положительно, то диод открывается и конденсатор нагрузки Cн начинает заряжаться. Постоянная времени заряда τ_з мала, так как определяется емкостью C_н и малым сопротивлением открытого диода.

Согласно рис.5.5 напряжение на диоде u_д = u_вх - Eд. В момент времени t₁ = θ диод закрывается, при этом u_вх < Eд и конденсатор начинает разряжаться через резистор Rн. Постоянная времени разрядка конденсатора τ_р = RнCн >> τ_з, поэтому разряд Cн происходит значительно медленнее, чем его заряд. Разряд конденсатора Cн продолжается до момента времени t₂=2π -θ, при котором u_д = 0 далее диод снова открывается и конденсатор Cн начинает заряжаться.

В результате на выходе АД создается продетектированное напряжение Eд, имеющее пульсирующую составляющую с частотой несущего сигнала. Уровень пульсаций мал при условии, что τ_р больше чем 1/fс.

Спектральная трактовка принципа работы АД. На рис.5.5 показан характер изменения тока диода при постоянной амплитуде детектируемого сигнала в установившемся режиме.

Рисунок 5.5 - Спектральная трактовка принципа работы АД

Пренебрегая пульсациями, считаем, что напряжение на выходе детектора Eд постоянно во времени (Uн =const) и обуславливает отрицательное напряжение смещения на диоде, на которое накладывается напряжение u_н. ВАХ диода i_д = f(u_д) для простоты рассмотрения аппроксимирована линейно-ломанной зависимостью с нулевым обратным током. Ток через диод i_д протекает при открытом диоде и представляет собой синусоидальные импульсы с углом отсечки θ < 90º. В этом токе (как в любой периодической функции) содержится постоянная составляющая Iдо и высокочастотные составляющие с частотами: fс, 2fс… Очевидно, что постоянная составляющая тока I_до протекает через сопротивление нагрузки Rн (по маршруту D-Rн-L-D), создавая на ней выпрямленное напряжение Eд = I_доRн, а высокочастотные составляющие замыкаются через Cн (по цепи D- С_н- L- D). Если входное напряжение -АМ колебание, то напряжение Eд изменяется в соответствии с законом изменения огибающей входного напряжения.

Частота среза ФНЧ f_ср определяется снижением АЧХ по уровню на 3 дБ относительно максимального значения и выбирается исходя из условия:

, а также Ω<< f_ср << f_н ,

где Ω - частота информационного сигнала, f_н - частота несущего колебания

Характеристика детектирования Eд = Uн cos θ при такой трактовке прямолинейна и детектирование осуществляется без искажений.

Схема работы и измерительная аппаратура

В работе используется универсальный стенд со сменным блоком НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ. Схема исследуемой цепи приведена на рис.5.6. Переключатель "С_Н" дает возможность изменять в широких пределах постоянную времени RC - цепи (нагрузка диода). Изображенный на схеме микроамперметр находится в правой части приборной панели наверху стенда.

В качестве источника АМ сигнала с относительно низкой частотой несущего колебания (f_Н1=13...15 кГц) используется модулятор, изученный в предыдущей лабораторной работе и настроенный в соответствии с экспериментальными данными оптимального режима. Выход амплитудного модулятора (гнездо 6) является входом детектора.

5

7

6

R_Н

300

30

15

3

С_Н

мкА

Рисунок 5.6- Схема исследования на макете

В качестве источника АМ сигнала с повышенной частотой несущего колебания используется генератор, расположенный на блоке ИСТОЧНИКИ CИГНАЛОВ (f_Н2 = 180 кГц). При использовании этого генератора он так же присоединяется ко входу детектора (гнездо 6), но при этом нагрузкой в модуляторе следует выбрать "R". (Кнопка включения резистора "R" одновременно отключает емкость контура (на схеме макета это не показано) для того, чтобы исключить шунтирующее действие расстроенного низкочастотного контура ( 15 кГц) на генератор высокочастотного сигнала 180 кГц).

Измерительные приборы подключаются ко входу детектора или к выходу (гнездо 7). Используются вольтметр, осциллограф и анализатор спектра на базе персонального компьютера.