Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях. Учебное пособие
.pdf
41
вх вх
0
( ) cos ( ) cos ( )
t
mm
u t U t U t dt
00
cos 2 sin 2
m
U f t m Ft
д
/m f F
p
f
pэ
Z
э
Q
0.7э
2 f
i
R
вх
R
вх н
/2RR
2
рэ
эp
( ) 1
()
1 (2 / )
Zf
nf
Z
Q f f
p
f f f
()nf
0
f
00
()n n f
00
( ) ( )f n f f n
0 0 p
f f f
0
f
д
f
н
C
, (16.2)
где
– индекс модуляции (амплитуда периодического изме-
нения фазы).
Параметры входного сигнала приведены в таблице заданий.
Требуется:
а) рассчитать резонансную частоту
ное сопротивление
, добротность
, эквивалентные резонанс-
и полосу пропускания
контура усилителя с учетом внутреннего сопротивления транзистора
и входного сопротивления диодного детектора
(
);
б) рассчитать и построить нормированную резонансную характеристику
, (16.3)
где
– расстройка контура относительно частоты f;
в) выбрать относительно «линейный» участок на левом склоне
характеристик
рабочей точки (РТ):
, в середине этого участка определить координаты
и
;
г) построить нормированную резонансную характеристику относительно выбранной рабочей точки
, (16.4)
– расстройка контура относительно несущей частоты
входного сигнала;
д) рассчитать допустимые значения девиации частоты
и час-
тоты модуляции F, при которых еще применим метод медленно изменяющейся частоты (мгновенной частоты). В соответствии с этим
методом детекторная характеристика с точностью до постоянного
множителя повторяет зависимость (16.4);
е) рассчитать емкость нагрузки
диодного детектора, при кото-
рой выполняются условия неискаженного детектирования.
42
16.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
вых вых1
()U U f
вых
( )/
m
K U f U
p
f
0.7
2 f
вых
вых p p
()
()
()
( ) ( )
Uf
Kf
nf
U f K f
0
f
00
()n n f
0
f
0p
ff
Откройте диск «Education “Argon” (D)», папки «РТЦиС» и «Работа_16. Частотный детектор)», а также файл «16. Детектор ЧМК.ms10».
Предварительно установите заданные номиналы элементов схемы.
1. Снимите АЧХ усилителя:
или
.
Для этого используйте генератор G1 и вольтметр V1 или Bode Plotter (XBP1). Измерьте резонансную частоту
и полосу пропускания
(при подключенном диодном детекторе).
2. По полученным данным постройте нормированную АЧХ
,
выберите «линейный» участок на левом склоне и определите координаты середины этого участка (т. е. рабочей точки): несущую частоту
и
.
Сравните все полученные значения с расчетными.
3. Подайте с генератора G2 на вход усилителя ЧМ-колебание с со-
ответствующими параметрами. Зарисуйте (скопируйте) осциллограммы с выходов ВЫХ1 и ВЫХ2.
4. Снимите спектрограмму с выхода детектора, измерьте ампли-
туды гармоник и определите коэффициент гармоник.
5. Исследуйте, как влияет изменение частоты модуляции (при за-
данном значении индекса модуляции) на форму сигналов с выходов
ВЫХ1 и ВЫХ2. Зарисуйте характерные осциллограммы.
6. Исследуйте, как влияет изменение индекса модуляции (при фик-
сированном значении девиации частоты) на форму сигналов с выходов
ВЫХ1 и ВЫХ2. Зарисуйте характерные осциллограммы.
7. Исследуйте влияние изменения несущей частоты (
) на форму
сигнала с выхода ВЫХ1. Зарисуйте характерные осциллограммы,
включая случай
.
8. Можете провести дополнительные исследования по своему ус-
мотрению.
Рекомендуемая литература: [5, разд. 12.4: 2, с. 198–202, 247–248].
43
Приложение 1
1. Настольный компьютер.
4. Макетная плата NI ELVIS.
2. Прибор DAQ серии M
. с 68-штырьковым разъемом.
5. Настольная рабочая станция
NI ELVIS.
3. Экранированный кабель
. для приборов серии М.
АППАРАТУРА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
Лабораторный стенд состоит из персонального компьютера с до-
полнительной платой серии М для сбора и обработки данных и настольной рабочей станции NI ELVIS (рис. П.1).
NI ELVIS – это полный набор приборов для лаборатории, в кото-
рый включено и аппаратное, и программное обеспечение.
Для обеспечения функциональных возможностей набора обычных
измерительных приборов в NI ELVIS используются программыприборы, написанные на LabVIEW, многофункциональный прибор
DAQ, настольная рабочая станция и макетная плата.
Рис. П.1
44
Лабораторный стенд обеспечивается двумя комплектами про-
граммного обеспечения.
Первый комплект состоит:
а) из дополнительной платы обработки данных (АЦП и ЦАП с
частотой дискретизации 1.25 МГц и разрешением 12…16 бит);
б) рабочей станции NI ELVIS (с макетной платой);
в) программного обеспечения в среде LabVIEW.
Этот комплект позволяет проводить измерения реальных цепей
виртуальными приборами и виртуальных цепей реальными приборами
на низкой рабочей частоте (150…200 кГц) и малым разрешением
(12 бит). Однако этого вполне достаточно для построения учебных лабораторных макетов.
Второй комплект программного обеспечения работает в среде
Multisim и предназначен для функционирования только с виртуальными цепями и приборами, но на более высокой частоте (до 100 МГц) и с
большим разрешением. Это позволяет исследовать более сложные цепи и использовать сложные современные приборы в виртуальном виде.
Одна из последних версий Multisim-10 имеет около двух десятков виртуальных приборов большой сложности, вплоть до точных копий
стандартных приборов, выпускаемых различными фирмами.
Например, Tektronix TDS 2024 Oscilloscope. Они выглядят и действуют
точно в соответствии с техническим описанием производителя. В этом
приложении кратко рассмотрены наиболее популярные приборы. Более подробная информация о каждом приборе есть в руководстве пользователя Multisim (User Guide) и файле справки (help file).
ГЕНЕРАТОРЫ СИГНАЛОВ
Генератор сигналов (Function generator) – это источник напряже-
ния, который может генерировать синусоидальные, пилообразные и
прямоугольные импульсы. Можно изменять форму сигнала, его частоту, амплитуду, коэффициент заполнения и постоянный сдвиг. Диапазон генератора достаточен, чтобы воспроизвести сигналы с частотами
от нескольких герц до аудио- и радиочастотных.
Более сложные генераторы могут генерировать модулированные
сигналы с амплитудной или частотной модуляцией и позволяют плавно изменять несущую частоту.
45
ОСЦИЛЛОГРАФЫ
В Multisim есть несколько модификаций осциллографов, которыми
можно управлять как обычными невиртуальными. Они позволяют устанавливать параметры временной развертки и напряжения, выбирать
тип и уровень запуска измерений и вид синхронизации осциллографа.
Ниже показаны простые и наиболее часто используемые осциллографы: двухканальный и четырехканальный. При необходимости использовать фирменные приборы можно воспользоваться осциллографом
смешанных сигналов Agilent 54622D или упоминавшимся ранее
Tektronix TDS 2024.
Данные осциллографов Multisim и описываемых далее измерителя
АЧХ и анализатора спектра можно посмотреть после эмуляции с помощью самописца (Grapher) из меню Вид/Плоттер (View/Grapher).
46
ИЗМЕРИТЕЛЬ АЧХ И ФЧХ (BODE PLOTTER)
Измеритель предназначен для анализа амплитудно-частотных (АЧХ)
и фазочастотных (ФЧХ) характеристик при логарифмической (Log) или
линейной (Lin) шкале по осям Y и X. Настройка измерителя заключается в
выборе пределов изменения коэффициента передачи (K) и девиации частоты с помощью кнопок в окошках F – максимальное и I – минимальное значение. 1 – анализ ФЧХ; 2 – анализ АЧХ; 3 – максимальное значение K; 4 – минимальное значение K; 5 – максимальное значение
частоты; 5 – минимальное значение частоты; 7 – маркер.
47
Измеритель АЧХ автоматически изменяет несущую частоту коле-
()Kf
p
f
p
K
_Y MAX
p
15If
p
15Ff
21
ff
p
K
бания от минимального значения (I) до максимального значения (F).
При этом на каждой частоте f измеряется коэффициент передачи K
и выдается на экран измерителя в виде АЧХ (
). Измерение АЧХ
резонансных цепей удобно проводить в линейном режиме работы измерителя АЧХ, когда нажаты обе кнопки Лин.
Отсчет частоты f и коэффициента передачи K осуществляется c
помощью маркера. Он обозначен красной (или голубой) вертикальной
линией с треугольником на верхней части. В исходном состоянии он
находится в левом верхнем углу экрана. Маркер передвигается либо
«мышкой», либо «прокруткой» – клавишами (влево) и
(вправо), которые расположены под экраном анализатора. Между клавишами находятся два окна, в левом окне выводится измеряемая частота измеряемой гармоники, в правом – коэффициент передачи.
При точном измерении резонансной частоты
и резонансного ко-
эффициента передачи
необходимо воспользоваться следующей
методикой. Подведите курсор к маркеру и «кликните» правой клавишей мышки. Откроется меню, в котором «кликните» левой клавишей
мышки строку «Перейти к следующему
». Маркер автома-
тически установится в нужное положение. В левом окне под экраном
будет значение резонансной частоты, а в правом – значение резонансного коэффициента передачи.
Чтобы АЧХ находилась посередине экрана плоттера, можно установить минимальную частоту развертки
ную
частот (
уровня 0.707 от резонансного (
кГц. Полоса пропускания определяется по разности
) маркера, когда коэффициент передачи уменьшается до
).
кГц, а максималь-
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР
Спектральный анализатор (Spectrum Analyzer) – это стандартный
виртуальный прибор XSA1 в среде NI Multisim 10 и служит для измерения амплитуд гармоник с заданными частотами. Он может также
измерить мощность сигнала и его частотных компонент, определить
48
наличие гармоник в сигнале. Результаты работы спектрального анализатора отображаются в спектральной области, а не во временной.
В палитре «Управление полосой» (Span Control) установите «Ширину полосы» (Set Span). В палитре «Частота» (Frequency) введите
диапазон сканирования (Span), начальную (Start), центральную (Center)
и конечную (End) частоты. В палитре «Амплитуда» (Amplitude) выберите линейный масштаб (Лин) и соответствующую чувствительность
(шкала – Range, вольт на деление). «Разрешение» (Resclution Freq.) –
разрешение по частоте.
Для измерения уровня спектральной составляющей следует воспользоваться маркером. Он расположен на экране и передвигается по
нему так же, как и в измерителе АЧХ и ФЧХ. В нижнем левом окне
под экраном выводится частота измеряемой гармоники, в правом – ее
амплитуда.
Кроме указанных приборов, программа Multisim располагает множеством других, в том числе приборами для работы с логическими цепями (Word Generator, Logic Analyzer и др.) и даже для работы с СВЧцепями (Network Analyzer). Всего программа насчитывает около двадцати приборов повышенной сложности.
ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА
Вспомогательная измерительная аппаратура входит в общий перечень измерительной аппаратуры. Около двух десятков различных генераторов, от простых генераторов для постоянного тока и напряже-
49
ния, до достаточно сложных генераторов с амплитудной и частотной
модуляцией. Более десятка различных вольтметров, амперметров и
световых индикаторов.
Каждый из основных и вспомогательных приборов может вызываться в виде копии неограниченное число раз, и каждая копия является полноценным прибором. Таким образом, лабораторная база виртуальных приборов программы Multisim позволяет строить схемы
большой сложности и вести их исследование.
50
Приложение 2
з
,ВU
–1.4
–1.2
–1.0
–0.8
–0.6
–0.4
–0.3
–0.2
–0.1
0.0
0.1
0.2
c
I
, мА
12.4
12.3
12.2
12
11.7
10.9
10.0
8.9
7.9
6.9
6.0
5.2
S
,
мА/В
0.5
0.5
0.5
1.0
1.5
4.0
9.0
10
10
9.5
9.0
8.5
з
,ВU
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
c
I
, мА
4.4
3.6
3.0
2.4
1.8
1.4
0.97
0.63
0.37
0.18
0.06
0.00
S
,
мА/В
8.0
7.3
6.5
5.8
5.0
4.0
3.35
2.45
1.9
1.2
0.6
0.0
ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА 2N2809
Рис. П.2
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]