Методички и лекции / Laba_1_1B2-M_BarsKurPup

3 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка позволяет осуществить физический анализ спектров: спектр сигнала получается не в результате математический операций, а во время прохождения сигнала и воздействия его на физический прибор – анализатор спектра. Лабораторная установка включает в себя лабораторный макет, предназначенный для получения сигналов с различными видами модуляции, генератор звуковой частоты, имитирующий модулирующее напряжение, анализатор спектра и осциллограф. Структурная схема лабораторного макета приведена на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 – Структурная схема лабораторного макета

На рисунке 3.1 помеченные красным представлены тумблеры:

1 – изменения вида модуляции на: входной сигнал, прямоугольный импульс, АИМ, ОШИМ и ВИМ.

2 – род модуляции меняет на первый род (тумблер влево) и на второй род (тумблер вправо).

3– регулируемый тумблер, изменяет длительность импульсов ( ).

4– регулируемый тумблер, изменяет частоту повторения (F).

11

Генератор тактовых импульсов (симметричный мультивибратор),

вырабатывает тактовую частоту = (2,0 … 5,5) кГц, регулируемую переменным резистором R1.

Генератор прямоугольных импульсов (ждущий мультивибратор)

создаёт периодическую последовательность прямоугольных импульсов,

длительность которых изменяется переменным резистором R2 в пределах

40…150 мкс.

Генератор прямоугольных импульсов управляет модулятором АИМ-1,

представляющим диодную схему совпадения. Сигнал с АИМ-2 формируется ключевым детектором.

В качестве модулятора ОШИМ-2 применён ждущий мультивибратор,

длительность импульса на выходе которого определяется входным модулирующим напряжением.

Формирование импульсов с ВИМ-2 осуществляется в ждущем мультивибраторе, срабатывающем от заднего фронта импульса с ОШИМ.

Тактовая частота используется для внешней синхронизации осциллографа.

Таким образом, лабораторный макет даёт возможность получать для исследования спектров следующие сигналы:

1)модулирующую функцию, подаваемую от звукового генератора на вход лабораторного макета;

2)периодическую (немодулированную) последовательность прямоугольных импульсов;

3)сигнал с АИМ-1;

4)сигнал с АИМ-2;

5)сигнал с ОШИМ-2;

6)сигнал с ВИМ-2.

12

4 Результаты эксперимента

4.1 Исследование спектра модулирующего сигнала при изменении его частоты и амплитуды

Устанавливаем режим «входной сигнал», род модуляции – 1. Амплитуду установили постоянной в 15 В. Изменяем частоту таким образом, чтобы входной сигнал на осциллографе (рисунок 4.2) был синхронизирован, то есть входной сигнал на осциллографе должен быть один. Синхронизация входного сигнала происходит на следующих частотах: 144 Гц, 420 Гц, 1700 Гц, 3000 Гц.

Рисунок 4.1 – Генератор сигналов с установкой частоты на 144 Гц и напряжением 15 В (по верхним делениям на измерительном приборе)

Рисунок 4.2 – Осциллограф входного сигнала с частотой: а) 144 Гц, б) 420 Гц,

в) 1700 Гц, 3000 Гц

13

Рисунок 4.3 – Анализатор спектра входного сигнала с частотой: а) 144 Гц;

б) 420 Гц, в) 1700 Гц; г) 3000 Гц

Из рисунка 4.2 видно, что с увеличением частоты, больше периодов синусоиды укладывается в окне осциллографа.

Из рисунка 4.3 видно, что с повышением частоты, спектр входного сигнала сдвигается вправо и увеличивается амплитуда спектра.

4.2 Исследование спектра периодической последовательности

прямоугольных импульсов при изменении частоты повторения и

длительности импульсов

Устанавливаем режим «прямоугольный импульс», род модуляции – 1.

Амплитуду установили постоянной в 15 В. Частоту установили в 20 Гц.

Изменяем длительность импульса и частоту повторения в прямоугольных импульсах. В первом случае установили минимальную длительность импульса и частоту повторения (рисунок 4.4,а). Во втором случае установили максимальную длительность импульса и частоту повторения (рисунок 4.4,б).

14

Рисунок 4.4 – Анализатор спектра прямоугольных импульсов с установленными параметрами: а) → , → ; б) → , →

Из рисунка 4.4 видно, что при увеличении длительности импульса,

увеличивается количество спектральных амплитудных составляющих

(боковые лепестки) с двух до пяти, при этом уменьшая амплитудное значение.

Увеличивая частоту повторения импульса, спектр начинает сжиматься, делая спектральные составляющие плотнее друг к другу и сдвигаясь влево к основному лепестку спектра.

4.3 Исследование амплитудного спектра сигнала с АИМ-1 при

изменении частоты модуляций, глубины модуляции, длительности

импульса

Устанавливаем режим «амплитудно-импульсная модуляция» (АИМ),

род модуляции – 1. Амплитуду установили постоянной в 15 В. Частоту установили в 20 Гц. Изменяем длительность импульса. В первом случае установили минимальную длительность импульса, как показано на осциллографе (рисунок 4.5,а) и на анализаторе спектра (рисунок 4.6,а). Во втором случае установили максимальную длительность импульса, как показано на осциллографе (рисунок 4.5,б) и на анализаторе спектра (рисунок

4.6,б).

15

Рисунок 4.5 – Осциллографы амплитудно-импульсной модуляции с изменением длительности импульса: а) → ; б) →

Как видно из рисунка 4.5, импульсы становятся узкими, расстояние

между импульсами не менялось, амплитуды импульсов стали меньше при

увеличении длительности импульса.

Рисунок 4.6 – Анализатор спектра амплитудно-импульсной модуляции с изменением длительности импульса: а) → ; б) →

Из рисунка 4.6 видно, что при малом значении длительности импульса,

главный лепесток спектра имеет большую амплитуду и два не одинаковых по

амплитуде боковых лепестка.

16

4.4 Исследование амплитудного спектра сигнала с АИМ-2 при

изменении частоты и глубины модуляции

Сохраняем режим «амплитудно-импульсная модуляция», род модуляции меняем с 1 по 2, сравнивая их вместе. Амплитуду установили постоянной в 15 В. Оставляем длительность импульса постоянной, а частоту изменяем. В первом случае установили частоту на 124 Гц для АИМ-1 и

АИМ-2 (рисунок 4.8). Во втором случае установили частоту на 137 Гц для АИМ-1 и АИМ-2 (рисунок 4.9).

Рисунок 4.7 – Осциллографы для: а) АИМ-1; б) АИМ-2

Из рисунка 4.7 видно, что изменение рода модуляции работает исправно,

как можно заметить на рисунках 2.4,а и 2.5,а. Приводим простое сравнение,

что при изменении рода модуляции – меняются только вершины импульсов. В

первом случае сглаживаются под фильтр ФНЧ, а во втором случае вершины импульсов являются прямыми.

Рисунок 4.8 – Анализатор спектра с частотой 124 Гц и при: а) АИМ-1; б) АИМ-2

17

Рисунок 4.9 – Анализатор спектра с частотой 137 Гц и при: а) АИМ-1; б) АИМ-2

Как видно из рисунков 4.8 и 4.9, при среднем значении длительности импульса, получаем отличия спектров между АИМ-1 и АИМ-2. Изменив частоту с 124 Гц по 137 Гц, большие различия не замечены. Основным отличием для АИМ-1 и АИМ-2 будут боковые лепестки в анализаторе спектра,

которые в АИМ-1 боковые лепестки установлены равномерно по амплитуде

(рисунки 2.4,б, 4.8,а, 4.9,а), а в АИМ-2 боковые лепестки неравномерны по амплитуде, обрезая амплитуду огибающей спектра без фильтра (рисунки 2.5,б 4.8,б, 4.9,б).

4.5 Исследование спектра сигнала с ОШИМ-2 при изменении частоты

модуляции и индекса модуляции

Устанавливаем режим «одностороннюю широтно-импульсную модуляцию», род модуляции – 2. Амплитуду установили постоянной в 15 В.

Устанавливаем частоту 200 Гц в первом случае, 340 Гц во втором случае. И

для лучшей видимости, уменьшили длительность импульса и частоту повторения до удобного значения, чтобы на спектре были видны главный лепесток и боковые лепестки в малом количестве.

18

Рисунок 4.10 – Анализатор спектра ОШИМ-2 с частотой: а) 200 Гц; б) 340 Гц

На рисунке 4.10 видно, что на спектре главный и боковые лепестки становятся шире.

4.6 Исследование спектра сигнала с ВИМ-2 при изменении частоты и

индекса модуляции

Устанавливаем режим «время-импульсную модуляцию», род модуляции

– 2. Амплитуду установили постоянной в 15 В. Устанавливаем частоту 30 Гц в первом случае, 320 Гц во втором случае.

Рисунок 4.11 – Анализатор спектра ВИМ-2 с частотой: а) 30 Гц; б) 320 Гц

На рисунке 4.11 обратим внимание, что боковые лепестки становится аналогично шире, как в режиме ОШИМ-2. Отличием является уменьшение амплитуды каждого из лепестков в ВИМ-2, по сравнению с ОШИМ-2 (рисунок

4.10).

19

5Выводы

Входе выполнения лабораторной работы были исследованы спектры сигналов, формируемых в лабораторном макете.

Были сделаны следующие выводы по работе:

при исследовании спектра модулирующего сигнала с увеличением частоты, больше периодов синусоиды укладывается в окне осциллографа

(рисунок 4.2);

при исследовании спектра модулирующего сигнала с повышением частоты, спектр входного сигнала сдвигается вправо и увеличивается амплитуда спектра (рисунок 4.3);

при исследовании спектра периодической последовательности прямоугольных импульсов при увеличении длительности импульса,

увеличивается количество спектральных амплитудных составляющих

(боковые лепестки) с двух до пяти, при этом уменьшая амплитудное значение.

Увеличивая частоту повторения импульса, спектр начинает сжиматься, делая спектральные составляющие плотнее друг к другу и сдвигаясь влево к основному лепестку спектра (рисунок 4.4);

при исследовании амплитудного спектра сигнала с АИМ-1 при увеличении длительности импульса - импульсы становятся узкими,

расстояние между импульсами не меняется, амплитуды импульсов становятся меньше (рисунок 4.5);

при исследовании амплитудного спектра сигнала с АИМ-1 при малом значении длительности импульса, главный лепесток спектра имеет большую амплитуду и два не одинаковых по амплитуде боковых лепестка (рисунок 4.6);

при изменении рода модуляции с АИМ-1 на АИМ-2 – меняются только вершины импульсов. В первом случае сглаживаются под фильтр ФНЧ, а во втором случае вершины импульсов являются прямыми (рисунок 4.7);

при среднем значении длительности импульса, получаем отличия спектров между АИМ-1 и АИМ-2 (рисунок 4.8 и 4.9). Изменив частоту с 124

20