Disk_Elektrotekhnika_1 / 3 Семестр / РАДИОТЕХНИКА / Лаб. работа №04 Детектор частотно-модулированных сигналов / Описание Лаб работы №4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.

Детектор частотно-модулированных сигналов.

Цель работы:

1. Исследование частотного детектора в режим детектирования.

2. Исследование амплитудно-частотной характеристики частотного детектора.

4.1 Подготовка к работе.

• Повторить раздел: «Детектирование сигналов».

• Повторить основные меню и элементную базу программы «Electronics Workbench».

4.2 Краткая теоретическая часть.

Частотный детектор (ЧД) — это устройство, выходное напряжение которого является функцией частоты входного сигнала. Частотные детекторы используются при радиоприеме частотно-модулированных (ЧМ) сигналов и в устройствах автоматической подстройки частоты в разнообразных радиоэлектронных устройствах.

Основной характеристикой ЧД является его передаточная характеристика, которая показывает зависимость постоянного выходного напряжения Uo от частоты входного сигнала Fi. Чувствительность частотного детектора определяется крутизной его характеристики:

S = ∆Uo/∆Fi,

где ∆Uo, ∆Fi - приращения выходного напряжения и частоты входного сигнала.

Принцип работы большинства ЧД основан на преобразовании частотно-модулированного напряжения в амплитудно-частотно-модулированное с последующим амплитудным детектированием. В качестве преобразователя частотно-модулированного напряжения в амплитудно-частотно-модулированное используется любая линейная система, коэффициент передачи которой зависит от частоты. Поскольку выходное напряжение таких детекторов зависит не только от частоты, но и от амплитуды входного напряжения, их иногда называют также частотно-амплитудными детекторами. Если требуется устранить влияние амплитуды входного напряжения, перед такими детекторами включается амплитудный ограничитель.

Схема частотно-амплитудного детектора с одиночным контуром, реализующая такой алгоритм, показана на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема частотно-амплитудного детектора.

Частотный детектор содержит параллельный колебательный контур на элементах L, С, на вход которого через резистор 30 кОм могут подаваться различные сигналы. При соединении на схеме точек 1 и 3 на вход частотного детектора может подаваться сигнал от источника фазомодулированных колебаний FM (режим детектирования), а при соединении на схеме точек 2 и 3 - сигнал от функционального генератора (режим измерения АЧХ и ФЧХ). Сигнал с выхода колебательного контура через усилитель на OU с коэффициентом усиления 1+R2/R1=2 подается на входы осциллографа и измерителя АЧХ-ФЧХ, а также на вход субблока «Амплитудный детектор» (АМdetect) и далее на вход субблока «Фильтр НЧ» (LFFiltr). На выходе субблока «Фильтр НЧ» (LFFiltr) формируется модулирующее (низкочастотное) колебание (в данном случае частотой 100 Гц), которое можно наблюдать на экране осциллографа после изменения положения переключателя Z.

Рассмотрим принцип действия частотного детектора. Амплитудно-частотная характеристика колебательного контура LС имеет ярко выраженный резонансный пик, при этом рабочая точка ЧД может быть выбрана как на правом, так и на левом скате АЧХ контура. Так как левый скат более крутой, рабочая точка (2,5 кГц) выбрана на нем. При увеличении частоты входного напряжения ЧД относительно среднего значения 2,5 кГц на выходе фильтра напряжение увеличивается, и, наоборот, при уменьшении частоты входного напряжения ЧД – это напряжение уменьшается, что приводит к формированию амплитудно-частотно-модулированного сигнала. Далее такой сигнал с помощью субблоков «Амплитудный детектор» (АМdetect) и «Фильтр НЧ» (LFFiltr) может быть преобразован в модулирующее (низкочастотное) колебание.

4.3 Порядок выполнения работы.

Эксперимент 1. Исследование частотного детектора в режим детектирования.

- Открыть файл L4 1.ewb (рис. 4.1).

- Установить режим работы осциллографа в соответствии с рис. 4.2. Включить схему.

Рис. 4.2. Лицевая панель осциллографа.

- Изобразить осциллограммы напряжений. Используя визирные линии, по осциллограмме частотно-модулированного сигнала определить длительность двух периодов, соответствующих минимальному ω₁ и максимальному ω₂ значению частоты (Т2-Т1)/2. По осциллограмме амплитудно-частотно-модулированного сигнала определить длительность периода модулирующего (низкочастотного) колебания. По измеренным периодам вычислить соответствующие частоты. Полученные результаты записать в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Измерено			Вычислено
Максимальный период Т `	Минимальный период Т ”	Период модулирующего сигнала Т	Частота ω1	Частота ω2	Частота Ω

- Подключить второй вход осциллографа к выходу субблока «Фильтр НЧ» (LFFiltr), для чего изменить положение переключателя Z (Space), нажав клавишу «Пробел» клавиа-туры. Включить схему.

- Изобразить осциллограммы напряжений. Используя визирные линии, по осциллограмме выходного напряжения субблока «Фильтр НЧ» (LFFiltr) определить длительность периода модулирующего (низкочастотного) колебания. По измеренному периоду вычислить частоту модулирующего (низкочастотного) колебания. Полученные результаты записать в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

Измерено	Вычислено
Период модулирующего сигнала Т	Частота Ω

Эксперимент 2. Исследование амплитудно-частотной характеристики частотного детектора.

- Установить режим работы измерителя АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter) в соответствии с рис. 4.3.

Рис. 4.3. Лицевая панель измерителя АЧХ и ФЧХ.

- Подключить на вход частотного детектора переменное напряжение с выхода функционального генератора, для чего убрать связь на схеме между точками 1 и 3 и соединить на схеме точки 2 и 3. Включить схему.

- Изобразить амплитудно-частотную характеристику частотного детектора.

Контрольные вопросы

1. В каких устройствах используются частотные детекторы?

2. Какой основной алгоритм преобразования сигналов используется при построении частотных детекторов?

3. Как по осциллограмме амплитудно-частотно-модулированного сигнала определить частоту модулирующего (низкочастотного) колебания?