ОАЦЭ_ЛР2

Лабораторная работа 2

СХЕМЫ АНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СИГНАЛОВ

Цель работы: формирование практических навыков проектирования базовых схем радиоприемных устройств.

Задачи: изучить схемы преобразователя частоты, детекторов амплитудно- и частотно-модулированных сигналов.

Теоретические сведения

В данной работе рассмотрены простейшие схемы устройств, широко используемых в радиоэлектронике, например в супергетеродинных радиоприемниках. Сигналы, принимаемые радиоприемником, характеризуются модуляцией. Как правило, это амплитудная или частотная модуляция. Именно в модулирующей составляющей сигнала содержится передаваемая информация. Чтобы выделить эту составляющую используют специальные устройства – детекторы. Кроме того, в супергетеродинных приемниках сигнал до поступления в детектор преобразуется по частоте.

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Исследование преобразователя частоты.

Соберите в EWB схему, изображенную на рис. 1.

Рис. 1

Схема является транзисторным смесителем сигналов. Марка транзистора выбирается во вкладке, расположенной по маршруту Component Properties… → NPN Transistor Properties → Models → motorol1 → BC107B.

По отношению к сигналу, подаваемому на базу транзистора, схема является усилителем с общим эмиттером. Источник сигнала в цепи эмиттера модулирует коэффициент усиления, так что на коллекторе будет сформировано произведение периодических сигналов с разными частотами. В спектре такого сигнала имеется гармоника с разностной частотой. Данную гармонику можно выделить, пропустив коллекторное напряжение через узкополосный (резонансный) фильтр. Именно эта гармоника видна на осциллографе (рис. 2).

Рис. 2

Исследуйте влияние параметров схемы на выходной сигнал.

2. Исследование режимов работы диодного детектора АМ-сигналов.

Соберите в EWB схему, изображенную на рис. 3.

Схема работает по принципу диодного выпрямителя. Марка диода выбирается во вкладке, расположенной по маршруту Component Properties… → Diode Properties → Models → zetex → ZDX5. На вход детектора подано АМ-напряжение , где U₀ – амплитуда, M – индекс модуляции (Modulation Index выбран M=1), Ω – частота модуляции, ω – частота несущего колебания.

Рис. 3

В режиме большого сигнала (на рис. 3 амплитуда АМ-сигнала равна 2 В) детектор формирует огибающую модулированного сигнала

.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода в этом случае может быть аппроксимирована ступенчатой зависимостью, и диод работает как однополярный ключ.

В случае малого сигнала проявляется нелинейность ВАХ диода, и напряжение детектора не совпадает с огибающей АМ-сигнала (рис. 4).

Рис. 4

Анализ показывает, что в режиме малого сигнала напряжение детектора описывается выражением

.

Квадратичная зависимость от амплитуды и наличие второй гармоники существенно отличают детектированный сигнал от исходной формы модулирующего сигнала, поэтому режим малого сигнала не используется. Чтобы не допустить данный режим детектируемый сигнал предварительно усиливается.

Исследуйте влияние индекса модуляции на выходное напряжение при работе детектора режиме малого сигнала.

3. Исследование схемы частотного детектор с преобразование ЧМ-сигнала в АМ.

Основу схемы составляет колебательный LC-контур. Принцип работы детектора понятен из рис. 6, на котором представлена частотная характеристика контура.

Рис. 6

Если рабочую точку выбрать не в максимуме характеристики, а на ее боковой стороне, в точке ω_р, то изменение частоты сигнала приведет к соответствующему изменению амплитуды сигнала. То есть сигнал окажется модулированным по амплитуде, причем по закону близкому к закону изменения частоты. Теперь для выделения модулирующего колебания необходимо использовать обычный амплитудный детектор, что и сделано в рассматриваемой схеме.

Соберите в EWB схему, изображенную на рис. 7. Марка диода выбирается во вкладке, расположенной по маршруту Component Properties… → Diode Properties → Models → int_shot → 30CPQ035. Индекс модуляции источника ЧМ-сигнала (Modulation Index) выбран M=10.

Рис. 7

Обратите внимание на то, что в отличие от рис. 6 рабочая точка схемы ЧМ-детектора расположена ниже резонансной частоты контура (рис. 8, вертикальной линией отмечена частота 506.0 кГц). Однако это отличие не влияет на принцип преобразования ЧМ-сигнала в АМ-сигнал.

Рис. 8

Исследуйте влияние индекса модуляции и параметров выходного RC-фильтра на работу схемы.

Форма отчетности о выполненном задании, требования к оформлению

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- цель работы (из методички);

- схемы, рассмотренные в методичке (в авторской сборке, без копирования из методички!);

- осциллограммы, причем у детекторов значения индексов модуляции должны отличаться от использованных в методичке;

- выводы (критическая оценка темы, содержания, возможностей САПР и т.п.).

Контрольные вопросы

1. Как частота выходного напряжения преобразователя частоты связана с частотами источников гармонических сигналов? Ответ подтвердите расчетами, выполненными с помощью осциллограммы.

2. Чем обусловлена «зубчатость» выходного напряжения АМ-детектора на осциллограммах на рис. 3, 4?

3. По какому критерию выбираются значения параметров элементов RC-фильтра в схеме на рис. 6?