Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Frisk_2

.pdf
Скачиваний:
191
Добавлен:
27.05.2023
Размер:
18.99 Mб
Скачать

4.2.4 Амплитудная характеристика преобразователя частоты

Для построения амплитудной характеристики ПрЧ используется схема (рис.8.17), величина амплитуды напряжения источника входного сигнала (SS) которого, изменяется с некоторым шагом.

Рис.8.17

Находясь в окне схем, последовательно выполним Analysis, Transient…, Transient

Analysis Limits. В подменю (рис.8.2.77) зададим условия анализа и характер кривых, выводимых на экран монитора (рис.8.18)

Рис.8.18

При сохраненных условиях интегрирования на экран выводится форма напряжения на контуре ПрЧ (Р2 , V(28,27)) и значения напряжения вблизи точки максимума в очень узком диапазоне значений временного интервала. Это позволяет получить амплитуду выходного напряжения как функцию амплитуды входного сигнала (в узле 26, Р1), задавая

порядок изменения амплитуды входного сигнала в подменю (рис.8.2.50). Для

490

этого,

нажав

на

кнопку

(рис.8.2.49)

в

подменю

(рис.8.2.77) входим в режим варьирования одного из параметров компонентов принципиальной схемы ПрЧ (рис8.19)

а)

б)

Рис.8.19

С помощью линейки прокрутки (рис.8.18,а) выбираем варьируемый компонент (генератор гармонических колебаний V4) и изменяемый параметр – амплитуду (A, рис.8.18,б). Как видно из рис.8.19, пределы изменения амплитуды входного сигнала, (подменю

(рис.8.2.77) колонка (рис.8.3.1) ), совпа-

дают, с указанными в подменю (рис.8.2.49). Указав, что изменение амплитуды генератора А будет происходить (рис.8.19б) от значения А =0,1 В ( ) (рис.8.3.2)

до величины 2 В () (рис.8.3.3) с шагом () (рис.8.3.4) в 0,1 В, подтвер-

ждаем режим вариации параметра, помечая точкой

(рис.8.3.5), в рамке

491

(рис.8.3.6). Метод изменения параметра выбирается линейным

(рис.8.3.7), хотя возможен или логарифмический (рис.8.3.8), или в соответствии со списком (рис.8.3.9). В рамке помечается, что

варьироваться

 

будет

параметр

компонента

 

 

 

(рис.8.3.10)

,

а

не

модели

или

индекс

компонента.

В

рамке

(рис.8.3.11) указывается способ изменения компонента (шаг определяется отдельно для каждого цикла, независимо), или одновременно для всех вложенных циклов (помечается точкой другой вариант). Нажатие

кнопки (рис.8.3.12) в нижней строке подменю (рис.8.2.49) позволяют проводить изменение всех компонентов (моделей, индексов) или исключить варьи-

рование всех указанных в подменю величин (рис.8.3.13). Нажатие на кнопку

(рис.8.3.14) определяет варьирование помеченных величин по умолчанию

(описанными для каждой законом). Кнопка (рис.8.2.65) определяет момент

перехода в режим варьирования параметров, а кнопка (рис.8.3.15) — отказ от всех указаний на какие-либо изменения величин, описанных в окне схем. Кнопка

(рис.8.2.67) позволяет обращаться к файлу помощи из подменю

(рис.8.2.49).

На верхнем рисунке (рис.8.20) представлены отсчеты значений напряжения сигнала на выходе ПрЧ вблизи максимума. Эти значения, вычисленные в узком временном интервале, можно считать численно равными величине амплитуды напряжения на выходе ПрЧ.

Соединив вершины отсчетов (верхний рисунок), получим амплитудную характеристику преобразователя частоты.

Следует заметить, что изменение условий интегрирования (увеличение

(рис.8.3.16) — шага разбиения основного временного интервала) может приводить к существенному изменению положения вершины – момента отсчета амплитудного значения и в худшем случае — к появлению расходящегося процесса интегрирования.

Повторите эксперимент, выбрав амплитуду напряжения Uг = 0,5 В опорного генератора

SG (рис.8.20).

492

Рис.8.20

Рис.8.21

Для этого, выберите, находясь в окне схем, закладку Models (рис.8.2) и установите значение амплитуды гетеродина А = 0,5 В. Одновременно, в подменю

(рис.8.2.77) (рис.8.18) установите новые значения

пределов в столбце (рис.8.3.17). Распечатку результатов моделирования приложите к отчету.

4.2.5 Амплитудная характеристика преобразователя частоты по напряжению опорного генератора

Исследование свойств ПрЧ на ячейке Гильберта при вариации амплитуды напряжения гетеродина проводится с использованием принципиальной схемы (рис.8.22) и методики анализа, применяемой в п. 2.2.3.

Находясь в окне схем, последовательно выполним Analysis, Transient…, Transient

Analysis Limits. Нажав на кнопку (рис.8.2.49), перейдем (рис.8.23) в режим вариации амплитуды напряжения гетеродина (SG) при фиксированном значении амплитуды напряжения источника входного сигнала U вх = 100 мВ.

493

Рис.8.22

a)

б)

Рис.8.23

494

При этом пределы изменения амплитуды, задаваемые в подменю (рис.8.2.49)

(рис.8.23,б), и, указанные в (рис.8.2.77) , должны совпадать (в столбце (рис.8.3.18), рис.8.24).

Рис.8.24

Как видно из семейства кривых напряжения V(28,27), увеличение амплитуды напряжения гетеродина для значений больше 1,2 В (и из верхнего графика, при соединении вершин отсчетов мгновенных значений выходного напряжения) практически не изменяет значение амплитуды выходного напряжения.

Провести моделирование для амплитуды напряжения входного сигнала Uвх = 0,5 В, изменив пределы для кривых, представляемых на экране монитора (столбец

) (рис.8.3.17) . Приложить к отчету распечатку результатов моделирования.

4.2.6 Амплитудно-частотная характеристика преобразователя частоты

Как известно [1,4], амплитудно-частотная характеристика ПрЧ определяется избирательными свойствами нагрузки преобразователя при воздействии на его сигнальном входе напряжения с изменяющейся частотой. Напряжение на выходе ПрЧ появляется лишь при воздействии на сигнальном входе перемножителя сигналов напряжения, создающего после умножения на напряжение опорного генератора, напряжение с частотой fпр = 465 кГц или близкое к ней (попадающее в полосу пропускания фильтра в нагрузке ПрЧ). Поскольку полезный продукт всегда должен всегда переносится на центральную (несущую) частоту f = fпр, то ограничимся канонической формой АЧХ преобразователя, подавая на сигнальный вход напряжение с частотами, обеспечивающими формирование такого сигнала. Качественно (не количественно) это позволит получить АЧХ перемножителя сигналов

при действии на входе побочных каналов приема: fпр0, fг ± fпр0, 2fг ± fпр0, 3fг ± fпр0 и др. для линейного режима работы ПрЧ [1,4], где fпр0 – частота преобразованного сигнала, рав-

495

ная резонансной частоте контура L1,C4 (рис.8.24).Генератор (SS), подключенный к сигнальному входу (рис.8.25) должен обладать частотами (при fг = 4 МГц и fпр0 = 465 кГц): 465 кГц, 3535 кГц, 4930 кГц, 7535 кГц, 8465 кГц и др.

Рис.8.25

Для подключения на сигнальный вход генератора с постоянной амплитудой, частота

которого принимает конкретные значения, воспользуемся подменю (рис.8.2.50) , куда войдем, последовательно выполнив Analysis, Transient…, Transient

Analysis Limits, Stepping (рис.8.26)

a)

496

б)

Рис.8.26

Выбирая в качестве варьируемого компонента генератор источника входного сигнала (V4, рис.8.26а), используя линейку прокрутки левого окна, и в качестве варьируемого компонента – частоту (F), используя линейку прокрутки правого окна (рис.8.26б). Затем, поме-

чая точкой в рамке (рис.8.3.19) (рис.8.3.20), в этой строке приводим перечень частот источника входного сигнала. Результаты моделирования, отображающие напряжение преобразованной (промежуточной) частоты (коэффициент передачи ПрЧ), отражает верхний рисунок (рис.8.27), а так же составляющие коэффициента передачи ПрЧ на частотах побочных каналах приема. Вклад в коэффициент передачи на f = fпр вносят все воздействующие сигналы; наибольший – полезного сигнала и зеркального канала (как видно из нижнего графика).

Влиянием составляющих входных воздействий с частотами fc = 465 кГц, 7535 кГц, 8465 кГц можно пренебречь (на верхнем графике это отражается едва заметным приращением составляющих продуктов преобразования, по сравнению с напряжением, создаваемым на нагрузке от входных сигналов с значением частоты fc = 3535 кГц, 4465 кГц).

Амплитуда входного сигнала Uвх и гетеродина Uг указываются на закладке Models окна схем (рис.8.28)

Для количественной оценки амплитуды первой гармоники напряжения промежуточной частоты на выходе ПрЧ, обусловленной воздействием каждой из указанных в списке

(рис.8.26б) частот, необходимо отключить режим (рис.8.2.50), пометив в

рамке (рис.8.3.21) , команду No. Затем на закладке Models последовательно задаем значения перечисленных частот входного сигнала (значение частоты генератора SS) и для пределов, указанных в подменю Transient Analysis Limits (рис.8.26) проводим моделирование. Результаты моделирования вносим в таблицу 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

fc, МГц

 

0,465

3,535

 

4,465

7,535

8,465

 

Uвх = 0,1 B

 

Кпр

 

 

 

 

 

 

 

Uвх = 1 B

 

Кпр

 

 

 

 

 

 

 

Uвх = 2 B

 

Кпр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

497

 

 

 

Рис.8.27

Рис.8.28

Повторите моделирование для случая Uвх =2 В (увеличив значения пределов для рассчитанных величин в столбце (рис.8.3.17) подменю

(рис.8.2.77)). Заполненную таблицу 1 и, соответствующие ей АЧХ преобразователя Кпр = f(fc), приложите к отчету по лабораторной работе.

5 Содержание отчета

Отчет должен включать в себя:

наименование и цель работы.

принципиальную схему преобразователя частоты на ИМС К140МА1 с рассчитанными значениями постоянных токов в ветвях и параметрами контура, соответствующими точной настройке на fпр0 = 465 кГц и величиной полосы пропускания.

временную характеристику и спектр напряжения на выходе ПрЧ при Uвх = 100 мВ

(U г = 100 мВ).

амплитудную характеристику ПрЧ при Uг = 0,5 В

амплитудную характеристику ПрЧ по напряжению гетеродина при Uвх = 0,5 В.

АЧХ преобразователя при Uвх =0,1 В, Uвх = 1В и Uвх = 2В и заполненную таблицу

1.

Краткие выводы

498

6 Контрольные вопросы

1.Укажите возможные способы построения перемножителей и их особенности.

2.Опишите основные применения универсального аналогового перемножителя сигналов (ячейки Гильберта).

3.Изобразите основную ячейку перемножителя и объясните принцип его действия.

4.Изобразите АЧХ перемножителя сигналов и сравните ее с АЧХ однотактного ПрЧ.

5.Чем отличается одноквадрантный перемножтитель от двухквадрантного?

6.Изобразите упрощенную схему четырехквадрантного перемножителя и объясните принцип действия.

7.Изобразите амплитудную характеристику ПрЧ. Какое основное назначение АХ?

8.Изобразите амплитудную характеристику ПрЧ по напряжению гетеродина. Чем отличаются свойства ПрЧ при работе с малыми и большими амплитудами Uг?

9.Почему в нагрузке ПрЧ используется трансформатор со средней точкой?

10.Что такое масштабный коэффициент перемножителя? Какова его размерность?

7 Краткие теоретические сведения

Технические средства обработки информации включают в себя различные функциональные преобразователи, выполняющие линейные и нелинейные операции.

Современные приемники аналоговых систем радиосвязи и радиовещания для выполнения линейных преобразований в радиотракте используют функциональные преобразователи, реализующие операцию усиления радиосигнала и выделения с помощью фильтров принимаемых частот. В цифровых системах радиосвязи, в том числе системах связи с подвижными объектами, системах сотовой связи, это выполняется в приемной части трансивера. Функция усиления реализуется с помощью ИМС, главной составной частью которых, являются операционные усилители (ОУ).

Нелинейные аналоговые преобразования могут быть выполнены в радиотракте с помощью разнотипных аналоговых преобразователей. Основным по применимости при реализации основных операций преобразования и детектирования сигналов является аналоговый перемножитель сигналов (АПС). Совместно с другими функциональными преобразователями (ОУ, фильтры и др.) АПС может определять действующее напряжение, фазу, вычислять экспоненциальные и трансцендентные функции, корреляционные зависимости. При использовании АПС в связной аппаратуре [3] можно реализовать все виды детекторов (линейные, квадратичные, синхронные, фазовые, частотные и др.) и модуляторовдемодуляторов (амплитудные, балансные, синхронные, бифазные и др.).

В последетекторной части тракта приемника (трансивера) линейные преобразования (масштабирование, сложение и т.п.), также другие операции (интегрирование, дифференцирование и др.) выполняют с помощью ОУ с погрешностью 1 – 0,1 %. Введение нелинейных компонентов (диодов, транзисторов) в цепь обратной связи ОУ, позволяет реализовывать на их основе логарифмические усилители, активные фильтры, мультиплексоры, компараторы и др. На базе аналоговых перемножителей возможно построение различных устройств автоматической регулировки усиления (устройства АРУ, компрессоры, экспандеры), перестраиваемых активных фильтров, управляемых генераторов.

Выходное напряжение перемножителя Uвыx = k Ux Uy пропорционально произведению двух входных напряжений Ux и Uy , k – масштабный коэффициент, имеющий размерность 1/В и характеризующий усиление. Для неинвертирующего перемножителя k > 0. Чтобы перемножитель согласовать по напряжению с выходами современных ОУ, обычно развивающих на входе напряжение ± 10 В, обеспечивают на входе и выходе перемножи-

телей 10 В; при этом k = 0, 1 [1/B].

Перемножаемые напряжения в общем случае могут быть как положительными, так и отрицательными. Если входные напряжения одной полярности, то перемножитель работает в одном квадранте плоскости входных напряжений, если допустимо изменение поляр-

499

Соседние файлы в предмете Теоретические основы электротехники