Практическая часть
Опишем лабораторную установку. Лабораторный макет представляет передающую и приемную части системы, позволяющей осуществить одновременную передачу независимых сообщении восьми каналов по низкочастотному тракту. Радиотракт в установке отсутствует. Передающая часть предназначена для преобразования входных напряжений от источников сообщений в групповой импульсный сигнал и передачи его на приемную часть системы.
Функциональная схема низкочастотной части системы (шифратора) приведена на рис. 2.1. Шифратор выполняет следующие функции:
1) формирование и модуляцию канальных информационных импульсов;
2) формирование импульсов кадровой синхронизации;
3) формирование импульсов канальной синхронизации;
4) суммирование (временное уплотнение) информационных и синхронизирующих импульсов. При этом на выходе формируется групповой сигнал шифратора.
Рисунок 2.1 – Функциональная схема передающей части (шифратора) МСПИ
Генератор тактовых импульсов Г1 вырабатывает тактовую частоту, определяющую режим работы всей системы передачи информации. Напряжение от генератора Г1 служит для формирования всех сигналов шифратора. Коммутация каналов осуществляется управляемым распределителем, выполненным на регистре сдвига. Регистр сдвига представляет цепочку последовательно соединенных D-триггеров, рисунок 2.2.
Рисунок 2.2 – Распределитель импульсов на основе регистра сдвига
Прямой выход предыдущего триггера соединяется с Jвходом последующего, тактовые (С) входы соединены параллельно, образуя единый вход. Распределитель выполнен по кольцевой схеме: прямой выход последнего триггера соединяется с информационным входом первого.
На выходах триггеров в процессе их последовательного срабатывания образуются импульсы, которые и используются как управляющие (коммутирующие) – см. контрольные гнезда А1-А8 (рис. 2.1). За счет отсутствия сигналов на выходах А9- А10 образуется сигнал кадровой синхронизации (пауза), длительность которой равна двум канальным интервалам.
Сигнал с выхода шифратора поступает непосредственно на вход дешифратора (как уже отмечалось, высокочастотный канал в лабораторном макете отсутствует). В качестве датчиков сообщений используют:
1) в третьем канале – напряжение от источника питания 10 В изменяется переменным резистором и измеряется вольтметром, расположенными на передней панели лабораторного макета (гнездо Б2);
2) в четвертом канале используется стандартный генератор звуковых частот ГЗ-18; выход генератора подключен к гнезду Б3 лабораторного макета;
3) в остальных каналах на входы поданы постоянные напряжения, величины которых в процессе работы не изменяются.
Низкочастотная часть приемного устройства (дешифратор) (рис. 2.3) выполняет функции:
1) селекции кадрового и опорных канальных синхроимпульсов;
2) селекции информационных канальных импульсов;
3) демодуляции информационных импульсов в каждом канале.
Рисунок 2.3 – Функциональная схема приемной части (дешифратора) системы передачи информации с ВРК
С выхода шифратора групповой сигнал поступает на три входа: на селектор кадровых синхроимпульсов, на селектор опорных канальных импульсов и на демодулятор сигнала с ВИМ.
Выходное напряжение дешифратора регистрируется осциллографом. Конструктивно лабораторный макет выполнен в виде универсальной вертикальной стойки. Шифратор и дешифратор находятся в одном блоке. На передней панели размещены: тумблер ВКЛ. СЕТЬ с контрольной лампочкой, гнезда СИНХР. для подачи сигнала на гнездо ВХОД. СИНХР. осциллографа, ВЫХОД для подачи напряжения с выхода ФНЧ на измеритель нелинейных искажений при снятии амплитудной, частотной характеристик и характеристики нелинейных искажений системы; ВХОД для подключения источника синусоидального сигнала на вход модулятора четвертого канала; контрольные гнезда: передатчик А1–А8, Б1–Б7; приемник А1–А8, Б1–Б7; ручка регулировки переменного резистора, изменяющего напряжение датчика в третьем канале от 0 до 10 В и прибор, измеряющий это напряжение; переключатель ПI-8, подключающий вход приемного распределителя РК2 на схемы И1 и И2 для дальнейшего преобразования канальных сигналов с ВИМ.
Исследуем процесс формирования и прохождения сигнала в многоканальной системе передачи с ВРК с ВИМ в первой ступени модуляции: просмотрим на осциллографе форму напряжения в контрольных точках лабораторного макета, начиная с группового сигнала (гнездо Б7). Измерения проводим в 3 канале. Проследим за характером их изменения в зависимости от напряжений, имитирующих датчики. Осциллограммы сигналов представлены на рисунках 2.4 – 2.8.
Рисунок 2.4 – Форма напряжения при значении 60 В
Рисунок 2.5 – Форма напряжения при значении 75 В
Рисунок 2.6 – Форма напряжения при значении 95 В
Рисунок 2.7 – Форма напряжения при значении 110 В
Рисунок 2.8 – Форма напряжения при значении 125 В
Из характеристик на рисунках 2.4 – 2.8 наблюдаем что в каждом канале по два импульса (один отвечает за синхронизацию, второй за информацию), и видим, что при увеличении напряжения увеличивается задержка.
Измерим и запишем частоту тактового генератора, величину канального интервала, длительности синхронизирующих и информационных импульсов:
Пользуясь осциллографом измерим и запишем величину шага квантования по времени Δt, то есть расстояние между соседними отсчетами конкретного канала в групповом сигнале (фактически, это длительность кадра), после этого найдем частоту квантования:
Полученное значения близко к частоте квантования по времени 3кГц, значит измерение проведено верно.
Уточним измеренные значения, наблюдая характерные особенности ВИМ-импульса четвертого канала и изменения частоты гармонического сигнала на выходе этого канала на частотах, кратных частоте квантования. Характеристики представлены на рисунках 2.9 – 2.10.
Рисунок 2.9 – Форма напряжения при наименьшем значении частоты
Рисунок 2.10 – Форма напряжения при увеличенной частоте
Из рисунков 2.9, 2.10 пронаблюдали, что при увеличении частоты импульс останавливается.
Зарисуем форму напряжений в контрольных точках макета. Переключатель ПI-8 в приемнике поставить в положение, соответствующее четвертому каналу. Осуществить внешнюю синхронизацию осциллографа с гнезда лабораторного макета СИНХР. ОСЦ. Характеристики представлены на рисунках 2.11 – 2.18.
Рисунок 2.11 – Форма напряжения в контрольной точке А1
Рисунок 2.12 – Форма напряжения в контрольной точке А2
Рисунок 2.13 – Форма напряжения в контрольной точке А3
Рисунок 2.14 – Форма напряжения в контрольной точке А4
Рисунок 2.15 – Форма напряжения в контрольной точке А5
Рисунок 2.16 – Форма напряжения в контрольной точке А6
Рисунок 2.17 – Форма напряжения в контрольной точке А7
Рисунок 2.18 – Форма напряжения в контрольной точке А8
Из рисунков 2.11 – 2.18 пронаблюдали, что на выходах триггеров в процессе их последовательного срабатывания образуются управляющие импульсы, каждый похож на предыдущий.
Снимем и построим модуляционную характеристику в третьем канале, измеренные значения представлены в таблице 2.1:
Таблица 2.1 – Измеренные значения для построения модуляционной характеристики
Временной интервал между опорным и информационным импульсами, мкс |
Напряжение, снимаемое с переменного резистора и имитирующее сигнал датчика, мкВ |
0,5 |
45 |
4,5 |
60 |
5,5 |
80 |
10 |
100 |
11,5 |
110 |
По значениям из таблицы 2.1 построим характеристику, представленную на рисунке 2.19.
Рисунок 2.19 – Модуляционная характеристика в третьем канале
Из рисунка 2.19 можем сделать вывод о том, что при увеличении напряжения увеличивается и длительность импульса, а значит и задержка импульса тоже увеличивается.
На частоте f=100 Гц снимем амплитудную характеристику системы шифратор-дешифратор в четвертом канале Uвых 2(Uвх) . Значения входного и выходного напряжения представлены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Измеренные значения для построения амплитудной характеристики
Входное напряжение измеряется вольтметром звукового генератора Г3-I8, В |
Выходное напряжение измеряется вольтметром автоматического измерителя нелинейных искажений С6-7, В |
3 |
0,488 |
6 |
0,972 |
9 |
1,412 |
12 |
1,725 |
14 |
1,831 |
15 |
1,873 |
По значениям из таблицы 2.2 построим характеристику, представленную на рисунке 2.20.
Рисунок 2.20 – Амплитудная характеристика системы шифратор-дешифратор в четвертом канале
Из рисунка 2.20 сделаем вывод о том, что при значениях входного напряжения от 3 до 9 В характеристика линейна, так как это область малых амплитуд, но с момента, когда входное напряжение дошло до отметки в 12 В, она начинает снижаться, что приводит к нелинейности характеристики.
Снимем характеристику верности (зависимость напряжения на выходе от частоты модулирующего сигнала) в четвертом канале Uвых3(fмод) , при этом амплитуду модулирующего напряжения Uдат выберем по амплитудной характеристике тракта. Частоту входного напряжения будем изменять в пределах от 20 Гц до Fк, при этом следить по осциллографу за изменениями частоты гармонического сигнала на выходе этого канала. Значения напряжения и частоты представлены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Измеренные значения для построения характеристики верности
Частота модулирующего сигнала, Гц |
Выходное напряжение, В |
20 |
1,467 |
205 |
1,588 |
390 |
1,706 |
575 |
1,574 |
760 |
1,050 |
945 |
0,665 |
1130 |
0,532 |
1315 |
0,285 |
1500 |
0,233 |
1700 |
0,254 |
1870 |
0,337 |
2000 |
0,555 |
2200 |
0,713 |
2400 |
1,163 |
2600 |
1,686 |
2800 |
1,547 |
3000 |
1,471 |
По значениям из таблицы 2.3 построим характеристику, представленную на рисунке 2.21.
Рисунок 2.21 – Характеристика верности в четвертом канале
Идеальная
характеристика должна иметь вид прямой,
но из рисунка 2.21 видим, что реальная
характеристика имеет спады на нижней
и верхней частоте и подъем на средней
частоте. Спад на верхних частотах
вызывается ограниченностью полосы
пропускания. По рисунку также найдена
частота среза системы:
.
Снимем характеристику нелинейных искажений при передаче сообщений от входа шифратора до выхода ФНЧ в зависимости от частоты при постоянной амплитуде, для этого поставим переключатель РОД РАБОТЫ прибора С6-7 в положение ИСКАЖЕНИЯ. Значения частоты и коэффициента искажений представлены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 – Измеренные значения для построения характеристики нелинейных искажений
Частота, Гц |
Коэффициент искажений, % |
50 |
3,465 |
51 |
15,02 |
52 |
39 |
53 |
57,7 |
54 |
68,45 |
55 |
78 |
56 |
3,525 |
57 |
9,215 |
58 |
33,01 |
59 |
54,09 |
60 |
65,7 |
По значениям из таблицы 2.4 построим характеристику, представленную на рисунке 2.22.
Рисунок 2.22 – Характеристика нелинейных искажений
Из рисунка 2.22 можно сделать вывод о том, что данная характеристика имеет такой вид кривой, так как нелинейные искажения связаны с комбинационными искажениями. Так же коэффициент не превышал отметки в 69%.