Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Устройства приема и обработки радиосигнала. Виртуальные лабораторные работы. Методические указания
.pdf
51
Исходные данные для расчета:
60
мА/В 25
21
SY
кГц 8F
8,0m
кОм 100
..СЛВХ
R
Рис. 4.1 – Схема диодного детектора
KK
CL
кГц 465
ПР
f
H
R
Угол отсечки тока диодного детектора
.
Крутизна характеристики транзистора
Частота модуляции сигнала
Коэффициент амплитудной модуляции
.
.
Входное сопротивление каскада следующего за детектором
.
.
3. Описание схем лабораторной работы
В работе исследуются последовательный диодный детектор и транзисторный детектор амплитудно-модулированных сигналов. Схемы исследования
приведены на рис. 4.1 и 4.2. На рис. 4.1 приведена схема диодного детектора.
Модулированный сигнал от генератора АМ подается на вход усилителя
промежуточной частоты на транзисторе VT1. Колебательный контур
,
включенный в коллекторную цепь транзистора, настроен на частоту
. Детектор выполнен на диоде VD1. Нагрузкой детектора по по-
стоянному току является резистор R7, зашунтированный емкостью C5. Детектор
с контуром через резисторно-конденсаторную связь. Уровень сигнала на входе
детектора измеряется в узле in. Выход детектора через разделительный конденсатор C6 соединен с входом следующего за детектором каскада усилителя с эквивалентным сопротивлением
. Напряжение на выходе детектора измеряется
в узле out.
52
Рис. 4.2 – Схема транзисторного детектора
)(
бэК
Ui
0К
I
4
R
25
СR
На рис. 4.2 приведена схема детектора на транзисторе VT1. Детектирование
происходит вследствие нелинейности характеристики прямой передачи
с отсечкой тока коллектора. Для этого рабочая точка выбирается на
нижнем изгибе характеристики коллекторного тока
ному току служит резистор
цепью
.
. Фильтрация высших гармоник осуществляется
. Нагрузкой по постоян-
4. Задание
4.1. Измерить коэффициент передачи напряжения диодного и транзи-
сторного детекторов.
4.2. Исследовать зависимость детекторных характеристик от сопротив-
ления нагрузки диодного детектора.
4.3. Исследовать нелинейные искажения в диодном детекторе сильных
сигналов.
4.4. Исследовать нелинейные искажения в транзисторном детекторе из-за
перегрузки транзистора.
5. Указания к выполнению экспериментальной части
1. Запустить программу MicroCAP. Программу можно запустить
двойным щелчком мыши либо на ярлыке, находящемся на рабочем столе.
53
кГц 465
ПР
f
кГц 8F
8,0m
ВЫХ
U
ВХ
U
ВЫХ
U
ВХ
U
ВХ
д
mU
U
K
кГц 465
ПР
f
кГц 8F
8,0m
мВ 35...25
ВХ
U
ВЫХ
U
ВХ
U
ВЫХ
U
ВХ
U
2. После завершения загрузки управляющей оболочки необходимо
открыть схему лабораторной установки, для чего выбрать в меню File команду
Open (или щелкнуть левой кнопкой мыши на пиктограмме в линейке меню),
а затем из предложенного списка выбрать файл со схемой лабораторной установки (например, lab4.1.cir).
3. Файл открывается либо двойным щелчком левой кнопкой мыши на
названии файла, либо однократным щелчком сначала на названии файла, а затем на кнопке «открыть».
4. Для открытия схемы выбрать меню ”File/Open…” и открыть один
из файлов:
lab4.1.cir – диодный детектор АМ-колебаний.
lab4.2.cir – транзисторный коллекторный детектор АМ-колебаний.
5.1 Измерение коэффициента передачи детектора
Открыть файл lab4.1.cir. На экране появится схема диодного детектора по
рис. 4.1. В исходном режиме сопротивление нагрузки детектора 1,6 кОм, емкость нагрузки 7,5 нФ, а сопротивление входа следующего каскада 100 кОм.
С генератора АМ подать на вход схемы сигнал промежуточной частоты
с частотой модуляции
и коэффициентом модуляции
. Уровень сигнала с генератора должен быть таким, чтобы на выходе де-
тектора было напряжение около 0,8-1 В.
Запустить временной анализ и получить графики усредненных (RMS)
и
чения
. При помощи курсоров измерить среднеквадратичные (RMS) зна-
и
. Вычислить коэффициент передачи детектора по формуле:
(4.1)
Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений.
Открыть файл lab4.2.cir. На экране появится схема транзисторного детектора по рис. 4.2. С генератора АМ подать на вход схемы амплитудномодулированный сигнал промежуточной частоты
дуляции
, коэффициентом модуляции
, с частотой мо-
и уровнем
. Запустить временной анализ и получить графики усредненных
(RMS)
(RMS) значения
и
. При помощи курсоров измерить среднеквадратичные
и
. Вычислить коэффициент передачи детектора по
формуле (4.1). Сравнить полученное значение с диодным детектором. Зарисовать осциллограммы напряжений на входе и выходе детектора.
5.2 Исследование зависимости детекторных характеристик
от сопротивления нагрузки диодного детектора
Открыть файл lab4.1.cir. На экране появится схема диодного детектора
(рис. 4.1). Исходный режим и параметры сигнала установить такими же, как в
пункте 5.1 для диодного детектора. Измерить напряжение составляющей часто-
54
U
ВХ
U
В 05,0
ВХ
U
В 7,0
ВХ
U
кОм 6,1
h
R
кОм 16
h
R
ВХ
UU
h
R
В 6,0
ВХ
U
кОм 10
ВХ
R
кОм 5,2
ВХ
R
h
R
h
R
h
С
кОм 6,1
h
R
нФ 5,7
h
C
кОм 16
h
R
нФ 5,7
h
C
кОм 6,1
h
R
нФ 75
h
C
кОм 16
h
R
нФ 75
h
C
мВ 35...25
ВХ
U
ты модуляции
до
при
торные характеристики
для нескольких значений входного сигнала
через 0,05 В при
. Измерения повторить
: от
. По полученным данным построить на одном графике детек-
для разных
. Сделать выводы.
5.3 Исследование нелинейных искажений
в диодном детекторе сильных сигналов
Исходный режим и параметры сигнала установить такими же, как в пункте 5.1 для диодного детектора. Уровень сигнала на входе детектора
.
Исследование нелинейных искажений ведется при помощи анализа Фурье. Для наблюдения влияния на качество детектирования различия сопротивлений по постоянному и переменному току вначале устанавливается
, а затем
(переключатель SA замкнут). Изменение
величины входного сопротивления следующего каскада производится аналогично
в пункте 5.1.
Анализ искажений выполняется по директиве Distortion через меню
Anayisis. В установках анализа необходимо убедиться, что для генератора сигнала модуляции V1 установлено значение частоты 8 кГц. Полученные результаты в виде графиков IHD и THD в зависимости от номера гармоники следует
занести в отчет. В отчете по лабораторной работе необходимо дать объяснение
полученным результатам.
Влияние постоянной времени нагрузки исследуется визуально при помощи осциллографа при различных
и
.
Вначале следует установить
и
аналогично пунк-
ту 5.1 и зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений. Затем
установить
новить
новить
и
и
и
и зарисовать осциллограммы. Далее уста-
, зарисовать осциллограммы. И, наконец, уста-
и зарисовать осциллограммы. Дать объяснение
полученным результатам.
5.4 Исследование нелинейных искажений в транзисторном детекторе
из-за перегрузки транзистора
Открыть файл lab4.2.cir. На экране появится схема детектора по схеме
рис. 4.2. Исходный режим и параметры сигнала установить такие же, как в
пункте 5.1 для транзисторного детектора. Зарисовать осциллограммы входного
и выходного сигналов при напряжении на входе
. Затем увели-
чить уровень сигнала на входе детектора до значения, при котором начнется
ограничение (искажения) выходного сигнала, зарисовать осциллограммы и дать
объяснения полученным результатам.
6. Содержание отчета
6.1. Принципиальные схемы исследуемых детекторов.
55
6.2. Результаты предварительного расчета и эксперимента в виде таб-
лиц, графиков, осциллограмм и т.д.
6.3. Выводы по результатам исследования, в которых дать сравнитель-
ную оценку детекторов.
7. Контрольные вопросы
7.24. Назначение и основные характеристики детекторов.
7.25. Типы амплитудных детекторов.
7.26. На основе каких систем можно реализовать амплитудный детектор?
7.27. Поясните принцип действия синхронного АД.
7.28. Чему равно напряжение на диоде в диодном АД без начального
смещения?
7.29. Объясните принцип действия диодного АД с временной и спек-
тральной точек зрения.
7.30. Чему равен и от каких параметров зависит коэффициент передачи
диодного АД с линейно-ломанной ВАХ без начального смещения?
7.31. Чему равно и от каких параметров зависит входное сопротивление
диодного АД? Поясните механизм влияния на входное сопротивление диодного
АД сопротивления нагрузки.
7.32. Каковы особенности и область применения параллельного диодно-
го АД?
7.33. Нарисуйте диаграммы напряжения и тока диода при детектирова-
нии AM-колебаний диодным АД с линейно-ломанной ВАХ.
7.34. Какие искажения возникают при детектировании АМ-колебаний и
какие способы борьбы с ними?
56
0
10,7 МГц f
'
0
5,35 МГц f
200 кГц
Д
f
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
«Исследование детекторов частотно-модулированных сигналов»
1. Цель работы
Изучение принципов работы и основных характеристик детекторов частот-
но-модулированных колебаний. Экспериментальное исследование схем амплитудного ограничителя, автокорреляционного частотного детектора (ЧД).
2. Подготовка к выполнению работы
Перед выполнением работы необходимо самостоятельно изучить следую-
щие вопросы:
- назначение, схемы, принципы построения частотных детекторов, фазовых
детекторов и ограничителей;
- основные характеристики и требования, предъявляемые к частотным
детекторам;
- теория работы частотных детекторов разных видов.
Литература
1. А.И. Фалько. Основы радиоприема. Учебное пособие. – Новосибирск: Сиб-
ГУТИ, 2002. – С. 75-93.
2. Радиоприемные устройства / Под ред. Н.Н. Фомина. – М.: Радио и связь,
1996. – С. 319-341.
3. Н.Н. Буга, А.И. Фалько, Н.И. Чистяков. Радиоприемные устройства. – М.: Ра-
дио и связь, 1986. – С. 157-170.
Для подготовки к лабораторной работе можно использовать один из реко-
мендуемых источников.
Расчетная часть
1. Рассчитать максимально допустимую задержку сигнала в автокор-
реляционном ЧД и величину задержки, при которой фазовый сдвиг между
входным и задержанным сигналами будет равен 45°, 90° и 135° на средней
частоте fo с учетом, что фазовый детектор работает на пониженной вдвое
частоте.
Исходные данные для расчета:
Средняя частота сигнала на входе
.
Средняя частота сигнала на входе фазового детектора в схеме автокорреляционного детектора
Девиация частоты
.
.
3. Описание схем лабораторной работы
В работе исследуется усилитель-ограничитель амплитуды (АО) в тракте
промежуточной частоты (ПЧ). На рис. 5.1 приведена схема исследуемого усилителя-ограничителя. Схемы построена на ультрабыстром операционном уси-
57
лителе (ОУ) DA1 AD8065 с частотой единичного усиления 145 МГц. За счет
применения двух последовательно-параллельно включенных диодов с цепи отрицательной обратной связи ОУ его коэффициент усиления высок, пока напряжение на выходе не превысит пороговое напряжение пары диодов (около 0,80,9 В), а при превышении этого напряжения коэффициент усиления резко снижается. Таким образом, напряжение на выходе усилителя-ограничителя не превышает порогового напряжения пары последовательно включенных диодов.
Конденсаторы С1 и С2 – разделительные, а резистор R1 является элементом
цепи ОС ОУ DA1, резистор R2 имитирует нагрузку усилителя-ограничителя.
Рис. 5.1 – Схема усилителя-ограничителя на ОУ
Для исследования на входе схемы установлен имитатор сигнала с АМ. Для
этого используется сигнал с генератора V1 в качестве модулирующего и V2 в
роли несущего колебания. Для перемножения колебаний V1 и V2 используется
макрос MUL, а макрос SUM необходим для имитации не замирающего сигнала
(в перемноженных сигналах подмешивается несущая). Входной сигнал можно
наблюдать в узле IN, а выходной – в узле OUT.
На рис. 5.2 приведена схема автокорреляционного частотного детектора. На
входе схемы детектора после резисторно-конденсаторной связи на R1 и С1
присутствует триггер Шмитта DD1 с инверсией сигнала на выходе, который
преобразует аналоговый синусоидальный сигнал в последовательность импульсов прямоугольной формы. Элемент DD1 выполняет функцию усилителяограничителя. На D-триггере DD2 собран делитель частоты на 2. Делитель необходим для формирования последовательности импульсов со скважностью 2
58
на средней частоте входного сигнала. На элементе DD3 собрана линия задержки сигнала, величину задержки которой можно менять путем задания необходимой величины в свойствах Param:DEALAY. В логических схемах задержка
происходит за счет конечного времени распространения импульсов в логических элементах. В данной схеме DD3 выполняет функцию фазосдвигающей цепи.
Рис. 5.2 – Схема автокорреляционного ЧД
Одна из возможных схемных реализаций линии задержки представлена на
рис. 5.3. Здесь сдвиг сигнала на выходе буфера появляется за счет ненулевого
времени распространения. Величину задержки можно изменять, включая несколько логических элементов последовательно.
Рис. 5.3 – Схема задержки сигнала на двух инверторах
На логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ DD4 построен фазовый
детектор. Работает DD4 по принципу фазового компаратора.
На рис. 5.4 показана схема исследования работы автокорреляционного
ЧМ-детектора при воздействии на входе ЧМ-колебания с модуляцией чистым
тоном. Роль модулятора в схему выполняет макрос FM_MOD. В свойствах модулятора частота несущей должна быть равна средней частоте 10.7 МГц (стандартное значение для радиовещательных приемников с ЧМ), чувствительность
входа модулятора 0.1 МГц/В, а амплитуда выходного сигнала 5В. На вход модулятора подается модулирующее колебание синусоидальной формы с выхода
генератора V1. Рекомендуется при исследовании установить частоту модуляции 10 кГц и амплитуду модулирующего сигнала 1 В.
59
Рис. 5.4 – Схема автокорреляционного ЧД с частотным модулятором на входе и
генератором синусоидального напряжения на входе модулятора
На рис. 5.5 показана схема исследования работы автокорреляционного
ЧМ-детектора при воздействии на входе ЧМ-колебания с манипуляцией. Роль
модулятора в схему выполняет макрос FM_MOD, как и в схеме по рис. 5.4 с
теми же установленными параметрами, но на вход модулятора подается последовательность прямоугольных биполярных импульсов с генератора V1. Рекомендуется при исследовании установить длительность модулирующего импульса 20 мкс, период повторения 40 мкс и уровень единицы +1 В, а уровень
нуля -1 В.
Рис. 5.5 – Схема автокорреляционного ЧД с частотным модулятором на входе и
генератором импульсного напряжения на входе модулятора
4. Задание
4.1 Снять амплитудную характеристику усилителя-ограничителя в интерва-
ле амплитуды несущей входного сигнала от 0 до 50 мВ. Определить пороговое
напряжение и напряжение ограничения. Зарисовать форму сигнала на выходе
амплитудного ограничителя для случаев: а) при напряжении несущей в несколько раз меньше порогового; б) при напряжении несущей больше порогового. Сравнить полученные осциллограммы.
4.2 В схеме автокорреляционного ЧД снять детекторные характеристики в
пределах от 10 МГц до 11,4 МГц при задержках 45°, 90°, 135°.
60
4.3 Исследовать работу автокорреляционного ЧД при воздействии на входе
частотно-модулированного и частотно-манипулированного сигнала при задержке 90°.
5. Указания к выполнению экспериментальной части
Запустить программу Micro-CAP. Для открытия схем необходимо выбрать
меню «File/Open…» и открыть один из файлов:
- Lab5.1.cir – усилитель-ограничитель (амплитудный ограничитель);
- Lab5.2.cir – автокорреляционный детектор;
- Lab5.3.cir – автокорреляционный детектор с ЧМ-модуляцией на входе;
- Lab5.4.cir – автокорреляционный детектор с ЧМ-манипуляцией на входе.
5.1 Снятие амплитудной характеристики усилителя-ограничителя
Открыть файл Lab5.1.cir. На экране появится схема АО на ОУ рис. 5.1. Ус-
тановить в свойствах генератора несущей V2 среднюю частоту входного сигнала f0 = 10,7 МГц, а в свойствах генератора модулирующего сигнала амплитуду 0
(амплитудная модуляция отсутствует). Изменяя напряжение несущей V2 от 0
до 50 мВ с шагом 2,5 мВ, снять амплитудную характеристику Uогр = ψ(Uвх).
Построить амплитудную характеристику АО. Оценить пороговое напряжение
по условию нарушения линейной зависимости выходного напряжения от входного напряжения.
Исследование удобно выполнять с применением временного анализа. При
моделировании необходимо все измерения выполнять после полного окончания
переходных процессов при запуске моделирования. Время моделирования рекомендуется брать около 500 мкс.
Зарисовать осциллограммы напряжений на входе и выходе ограничителя
при действии амплитудно-модулированного сигнала. Для этого в свойствах генератора V1 необходимо установить амплитуду модулирующего напряжения 1
В и частоту 10 кГц. Исследование выполнить для двух случаев:
а) напряжение несущей в несколько раз (2-4 раза) меньше порогового;
б) напряжение несущей больше порогового.
По результатам оценить эффективность амплитудного ограничителя.
Исследование нужно выполнять с применением временного анализа. При
моделировании необходимо дождаться полного окончания переходных процессов при запуске моделирования. Время моделирования рекомендуется брать
около 500 мкс. Можно использовать автомасштабирование графиков.
5.2 Исследование зависимости детекторных характеристик автокорре-
ляционного частотного детектора от величины задержки входного сигнала
Открыть файл lab5.2.cir. На экране появится схема автокорреляционного ЧД
по рис. 5.2. Подать на вход схемы с генератора V1 сигнал с амплитудой 2 В.
Установить время задержки τ элемента Delay DD2 46 нс, соответствующее величине фазового сдвига 90º. Изменяя частоту F генератора V1 в пределах
10,0...11,4 МГц, снять зависимость выходного напряжения Uвых от частоты,
т.е. детекторную характеристику. Повторить исследование для фазовых сдвигов
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]