Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум. Учебное пособие.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
1

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ
ЦЕПИ И СИГНАЛЫ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Под редакцией проф. А.Н. Яковлева
НОВОСИБИРСК
2014
2
ББК 32.841-01я7 УДК 621.372(076.5) Р154
Авторский коллектив:
В.Я. Баскей, В.М. Меренков, Д.О. Соколова, А.Н. Яковлев
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор А.В. Киселев
канд. техн. наук, доцент А.В. Синельников
Работа подготовлена на кафедре теоретических основ радиотехники
для студентов II–III курсов радиотехнических специальностей
Р 154 Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный прак-
тикум : учеб. пособие / В.Я. Баскей, В.М. Меренков, Д.О. Со­колова, А.Н. Яковлев / под ред. проф. А.Н. Яковлева. – Новоси­бирск: Изд-во НГТУ, 2014. – 113 с.
ISBN 978-5-7782-2395-0
В пособии даны описания лабораторных работ по сигналам, ли­нейным и нелинейным радиотехническим цепям, прохождению де­терминированных и случайных процессов через эти цепи, по цифро­вым фильтрам и цифровой фильтрации сигналов.
Для студентов радиотехнических специальностей факультета РЭФ и других факультетов, где теория радиотехнических цепей и сигналов изучается как важнейшая составная часть соответствующих курсов.
ББК 32.841-01я7
УДК 621.372(075.8)
ISBN 978-5-7782-2395-0 © Авторский коллектив, 2014
© Новосибирский государственный
технический университет, 2014
3

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ................................................................................................. 5
I. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ ..................................................... 7
Работа № 1. Измерение параметров детерминированных
сигналов ............................................................................... 7
Работа № 2. Анализ и синтез сигналов в базисе функций Уолша ...... 16
Работа № 3. Представление периодических сигналов в базисе
гармонических функций .................................................... 22
Работа № 4. Исследование случайных процессов ................................ 28
II. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ В НИХ СИГНАЛОВ..... 37
Работа № 5. RC-фильтры нижних и верхних частот ............................ 37
Работа № 6. Прохождение видеосигналов через RC-цепи .................. 43
Работа № 7. Параллельный колебательный контур ............................. 50
Работа № 8. Влияние обратной связи на характеристики
линейной цепи .................................................................... 59
III. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНЫХ
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ ..................................................... 67
Работа № 9. Нелинейное резонансное усиление. Умножение
частоты ................................................................................ 67
Работа № 10. Амплитудная модуляция изменением смещения ......... 75
Работа № 11. Детектирование амплитудно-модулированных
колебаний .......................................................................... 82
Работа № 12. LC-генератор с трансформаторной обратной
связью ................................................................................ 88
4
IV. ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ И СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ
ФИЛЬТРОВ .......................................................................................... 95
Описание лабораторного устройства .................................................... 95
Работа № 13. Синтез цифровых рекурсивных фильтров
и рекурсивная фильтрация ........................................... 101
Работа № 14. Синтез цифровых нерекурсивных фильтров
и нерекурсивная фильтрация ....................................... 105
Приложение 1. Оформление отчета ....................................................... 108
Приложение 2. Функции Уолша ............................................................. 109
Приложение 3. Проходная вольт-амперная характеристика
полевого транзистора 2N2809 ...................................... 110
Приложение 4. Таблица заданий ............................................................ 111
Библиографический список ....................................................................
112
5

Предисловие

Настоящее учебное пособие содержит описание лабораторных работ по основным разделам курса «Радиотехнические цепи и сиг­налы» (РТЦиС). Оно может быть использовано также для изучения таких дисциплин, как «Основы теории связи», «Основы радиотех­ники», «Основы радиотехники и электроники», «Теоретические ос­новы радиотехники», «Основы теории цепей и сигналов», и других, включающих в свою программу теорию детерминированных и слу­чайных процессов, теорию радиоцепей, методы исследования воз­действия сигналов на линейные и нелинейные цепи.
Пособие содержит описание 14 лабораторных работ. Работы по­ставлены так, что позволяют преподавателю индивидуализировать как сами работы, так и задания, выдаваемые каждому студенту или каждой бригаде. При разработке заданий авторы исходили из необходимости проведения студентами предварительных расчетов, а затем практиче­ской проверки результатов на стенде, сопоставительного анализа экс­периментальных данных с расчетными.
В конце каждой работы приведены контрольные вопросы. В при­ложениях представлен справочный материал.
Работы выполнены с использованием программных сред «Mul­tisim-10», «LabVIEW» и «MATLAB».
Папка на диске к каждой лабораторной работе содержит текстовый файл («….doc») с краткими теоретическими сведениями, достаточны­ми для предварительного задания и необходимыми для выполнения и защиты работы, а также файл с тестовыми вопросами («….act» для проверки к самоподготовки к работе.
Большая часть работ поставлена и описана А.Н. Яковлевым; В.М. Меренковым – работы № 7, 8 и 12, а работа № 5 – совместно. Д.О. Соколова выполнила виртуальную приборную часть к работам № 4, 13 и 14 (в среде MATLAB), а сами работы описаны совместно с А.Н. Яковлевым. В.Я. Баскеем разработаны: файл «Lab_Rab_1» (к ра­боте № 1), первоначальные варианты анализатора и синтезатора сигна­лов в базисе функций Уолша (к работе № 2), синтезатора в базисе гар-
6
монических функций (к работе № 3), амплитудный модулятор (к рабо­те № 10) и генератор радиоимпульсов (к работе № 11).
В разработке устройств участвовали дипломники А.Н. Яковлева: Д.С. Титов (гр. РТ5-51у) и Е.В. Тимошенко (Андрес) (гр. РТ5-63) – окончательных вариантов анализаторов и синтезаторов сигналов; О.А. Асеева (гр. РТС9-51), Н.А. Лузина (гр. РТС9-61) и Н.В. Хонихоев (гр. РТС9-71) – в разработке и наладке программ по синтезу цифровых фильтров и цифровой фильтрации.
Авторы благодарят рецензентов д-ра техн. наук, профессора, зав. каф. РПиРПУ А.В. Киселева, канд. техн. наук, доцента каф. КТРС А.В. Синельникова и старшего преподавателя Е.А. Тонконогова (ве­дущего курс «Цифровая обработка сигналов») за сделанные критиче­ские замечания.
7
I. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ

Работа № 1

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с составом и работой лабораторного стенда и его ча­стей, установка и измерение параметров детерминированных сигналов.

1.2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Ознакомьтесь с основным составом виртуального лабора-
торного стенда. Изучите назначение, принцип работы и основные ха-
рактеристики следующих приборов:
мультиметра – Multimeter XMM1;
функционального генератора – Function Generator XFG1;
осциллографа – Oscilloscope XSC1;
спектрального анализатора – Spektrum Analyzer XSA1.
2. Просмотрите контрольные вопросы, приведенные в конце
работы. При защите лабораторной работы вам необходимо в той или
иной форме отвечать на большинство из них.
3. Подготовьте бланк отчета к лабораторной работе (прил. 1).

1.3. ПРАКТИЧЕСКОЕ (ЛАБОРАТОРНОЕ) ЗАДАНИЕ

Включите компьютер и монитор. Откройте диск «Education “Ar­gon” (D)», папки «РТЦиС», «Лабораторная работа № 1» и файл «Lab_Rab_1». На экране монитора появится изображение задания (указаний) (рис. 1.1).
8
Рис. 1.1. Практическое задание (файл «Lab_Rab_1»)
1. Ознакомьтесь с виртуальными измерительными приборами
непосредственно на рабочем месте. Для этого щелкните по кнопке «Аппаратура». Перед вами откроется экран с кратким описанием из-
мерительной аппаратуры и возможностью более подробно рассмотреть любую группу аппаратуры, щелкнув по соответствующей кнопке. При этом для каждого прибора показаны его изображение на принципиаль­ной схеме, панель управления и установки параметров.
Для некоторых приборов имеется кнопка «Дополнительно», щелчком по которой можно вызвать более подробное описание поряд­ка включения прибора и установки его параметров. Основное внима­ние обратите на такие вопросы, как порядок работы соответствующего устройства или прибора, назначение и использование органов управ­ления, проведение измерений.
Прежде чем переходить к измерениям, внимательно ознакомьтесь с приборами вашего стенда (рис. 1.2).
2. Установите и измерьте основные параметры простейших пе-
риодических сигналов. Для этого, щелкнув по кнопке «Выход», верни-
тесь к экрану файла «Lab_Rab_1». Перед началом работы введите номер вашего рабочего стенда. После того как вы нажмете кнопку «Ввод», станут доступны кнопки «Описание» и «Стенд» (расположенные перед кнопкой «Аппаратура») и появятся параметры сигналов, необходимые вам для работы. Перепишите эти параметры в таблицы вашего протоко-
9
ла в графу «Заданные параметры». Помните, что кнопкой «Описание»
F
m
U
m
U
эфф
U
вы всегда можете вызвать краткий вариант данного описания на экран и просмотреть нужные вам разделы. Щелкнув по кнопке «Стенд», можно вызвать в среде «Multisim-10» схему вашего первого эксперимента. Проверьте, соответствует ли номер стенда номеру вашей бригады, если нет – обратитесь к преподавателю. Проверьте, соответствует ли схема стенда рис. 1.2, если нет – измените ее.
Рис. 1.2. Схема измерений параметров сигналов
Указание. Убрать проводник можно, выделив его, щелкнув мышкой, а за­тем нажать клавишу «Delete». Соединить проводником две точки можно, щелкнув мышкой по одной из них и, не отпуская клавиши, протянуть провод­ник к другой, а здесь еще раз щелкнуть мышкой. При необходимости можно создать точку принудительного соединения, вызвав в меню «Place» пункт «Junction». При этом на конце стрелки курсора появляется точка, которую можно установить в нужном месте проводника и подсоединять к ней один или два других проводника. Двойной щелчок по любому прибору, кроме скрытого АМ-генератора, откроет панель управления и ввода параметров.
А) Гармоническое колебание
На выходе генератора XFG1 установите значение частоты плитуды
гармонического сигнала (рис. 1.3) в соответствии с указа-
и ам-
ниями в рабочем файле «Lab_Rab_1» вашего компьютера.
Зарисуйте осциллограмму. С помощью осциллографа XSC1 и мультиметра XMM1 измерьте параметры этого сигнала (F, T,
,
) и занесите их в табл. 1.1.
10
Указание. Отсчет амплитуды
m
U
_Y MAX
m
U
1
t
2
t
ttT−=
T t
T F= 1/
0
ut
()
U
m
( ) sin(2 )
m
u t U Ft= π
Заданные параметры
Измеренные параметры
установленные
рассчитанные
осциллографом
мультиметром
T
, мс –
F
, кГц
U
, В
U
и
() , 0ut U t= ≤ ≤τ
(и соответствующего времени) осу-
ществляется c помощью маркера. Он обозначен красной (а второй – голубой) вертикальной линией с треугольником на верхней части. В исходном состоя­нии он находится в левом верхнем (а второй в правом) углу экрана. Маркер передвигается либо мышкой, либо «прокруткой» – клавишами
(влево) и
(вправо), которые расположены под экраном осциллографа.
При точном измерении амплитуды 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
в нужное положение. В окне под экраном будет значение амплитуды соответствующего времени
. Для измерения периода сигнала используется
». Маркер автоматически установится
и
второй маркер, выставляемый на следующем максимуме сигнала. В окне под экраном отображается время
и
21
.
Параметры
сигнала
m
, В
эфф
Б) Последовательность прямоугольных импульсов
Последовательность импульсов за один период показана на рис. 1.4 (отмечена цифрой 1):
Рис. 1.3. Гармоническое колебание
Таблица 1.1
, за период повторения T.