ulstu2012-124

строениичастотныххарактеристикиприрасчетеимпульсныххарактеристик; - Simulate /Analysis/Fourier – при построении спектральных характе-

ристик сигналов на входе и выходе исследуемой цепи. Перед началом анализа следует задать условия анализа.

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

1.Подготовка к работе.

При подготовке к работе следует:

-по конспектам лекций и рекомендованной литературе изучить теоретический материал, относящийся к данной лабораторной работе;

-ознакомиться с содержанием, выполнить расчетную часть работы и продумать ответы на контрольные вопросы;

-составить краткую программу выполнения лабораторной работы, сопроводив ее графиками зависимостей, которые должны определяться экспериментально;

-ознакомиться с применяемой в работе программой MULTISIM 11.0.

2.Выполнение работ в лаборатории.

Лабораторные работы выполняются только в часы, предусмотренные расписанием, бригадами по 1-2 человека. Выполнению работы предшествует проверка готовности студента. При этом студент должен представить все материалы, подготовленные в соответствии с п.1.1, и ответить на вопросы преподавателя по теории предстоящей работы и методике ее выполнения. Если результаты проверки готовности будут признаны удовлетворительными, студент получает допуск к работе. В противном случае студент во время лабораторных занятий готовится к работе.

Работа в лаборатории считается законченной только после просмотра и утверждения полученных результатов преподавателем. По окончании работы студент должен cохранить свой рабочий файл под своей фамилией и выйти из программы, а затем привести рабочее место в порядок.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ использовать компьютер не по тематике лабораторной работы, а также копировать на дискету или с дискеты собственные файлы без разрешения преподавателя!

3. Оформление отчета и зачет по работе

Отчет о выполненной работе должен быть составлен индивидуально на листах писчей бумаги формата А4. Графический материал и все результаты лабораторной работы выполняются дома на компьютере. Расчету отдельных величин должно предшествовать краткое объяснение и буквенное обозначение формул. Зачет по работе студент получает только после представления отчета.

11

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКОВ СИГНАЛОВ В СРЕДЕ MULTISIM

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является освоение основных практических навыков работы с моделями источников импульсных, гармонических и модулируемых колебаний.

2. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

2.1. Изучить основные принципы работы с пакетом MULTISIM. 2.2. Изучить назначение основных элементов наборов Sources, Basic и Instruments.

Для этого Вам необходимо выбрать группу (POWER SOURCES) и найти символ источника чисто гармонических колебаний. Здесь же находится символ элемента «Заземление» – (GROUND).

Рис. 1.1. Группа источников сигналов

В группе (SIGNAL VOLTAGE SOURCES) находятся различные источники модулированных колебаний. Вам необходимо выбрать генераторы с Ам (AM VOLTAGE), ЧМ (FM VOLTAGE) и импульсной последователь-

ности (PULSE VOLTAGE).

ВНИМАНИЕ! При задании не целых параметров вместо запятой ставится точка. Например, коэффициент модуляции М = 0.5.

2.3. Рассчитать спектральные характеристики сигналов по заданному варианту, который совпадает с номером студента в деканатской ведомости.

12

3. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

3.1. Изучить методику создания электронных схем.

Запустите Multisim. Автоматически будет создан новый файл, который необходимо сохранить по команде «File/Save as». Файл назвать по фамилии исполнителя.

3.1.1. Создайте в рабочей области резистивный делитель c коэффициентом передачи Кд = 1/2. Для этого из набора компонентов перенесите резисторы и источник гармонических колебаний на рабочий стол с помощью «мышки», не отпуская левую кнопку. Соедините выводы резисторов и генератора для получения заданной схемы. Для этого щелкните по одному из выводов левой кнопкой мыши и, не отпуская кнопку, доведите курсор до вывода другого элемента. Обозначьте эти резисторы и установите необходимые значения, для чего дважды щелкните мышью на нужном элементе. Появится соответствующая закладка (рис.1.2).

Рис. 1.2. Изменение параметров резистора

Подобным образом установите параметры источника колебаний (рис. 9). Затем проставьте номера узлов. К узлам (1) и (2) подключите входы виртуального осциллографа.

Для наглядности обозначьте провода к осциллографу разными цветами. Для этого надо щелкнуть левой кнопкой мыши, затем Wire Properties/ Set Node Color. Дважды щелкните по значку осциллографа. Появится панель осциллографа. Включите схему (щелчок по «1» выключателя «0-1»). Изменяя параметры развертки, добейтесь устойчивого изображения. Щелкните мышкой по кнопке «Раuse».

3.1.2. Подключите источник АМ колебаний, установите требуемые параметры (рис. 1.3) и просмотрите форму колебаний.

13

Рис. 1.3. Панель установки параметров генератора АМ колебаний

3.1.3. Подключите источник ЧМ колебаний. Установите требуемые параметры и просмотрите форму колебаний.

3.1.4. Подключите источник импульсных колебаний. Установите требуемые параметры и просмотрите форму колебаний (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Установка параметров генератора прямоугольной последовательности видеоимпульсов

ВНИМАНИЕ! 1. Чтобы подключать различные источники сигналов, необходимо:

-щелчком правой кнопки мыши выделить источник сигнала и затем щелкнуть «Delete»;

-щелчком левой кнопки мыши выделить провод и щелкнуть

«Delete»;

- в образовавшийся разрыв подключить новый источник.

14

2. В виртуальном двухлучевом осциллографе, как и в реальном, в каждом канале имеется «закрытый» вход (АС) для сигналов без постоян-

ной составляющей, и «открытый» (DC) для сигналов с постоянной составляющей. С целью получить удобные для наблюдения осциллограммы исследуемых колебаний, необходимо подбирать длительность развертки осциллографа и значения координаты «у» масштабной сетки.

3.2. Произвести спектральный анализ сигналов.

Выберите в меню «Simulate /Analysis» команду «Fourier». Заполните необходимые позиции закладки (рис. 1.5). Затем на этой закладке выберите опцию «Переменные», откроется окно (рис. 1.6). В левой колонке найдите символ, где собираетесь проводить анализ. Выделите его и нажмите кнопку «Добавить». Выделенный символ переместится направо. Нажмите кнопку «Simulate» (Моделирование). Появится окно результатов, показанное на рис. 1.7. Для анализа полученных результатов желательно воспользоваться маркерами, для чего щелкнуть по значку «Показать (скрыть) маркеры». При совпадении метки маркера с частотой гармоники изменяется цвет маркера, а в дополнительном окне отображаются абсолютные и относительные значения выбранных точек по координатам «у» и «х» (рис. 1.8).

15

Метки

3.2.1. Определить спектральные характеристики сигналов исследуемых выше генераторов.

ВНИМАНИЕ! Этот анализ необходимо проводить при выполнении соответствующих пунктов заданий 3.1.2-3.1.4.

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по данной лабораторной работе должен содержать: - схему исследуемого устройства;

-осциллограммы исследуемых сигналов;

-амплитудные и фазовые спектры сигналов;

-выводы по результатам проделанной работы.

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1.Перечислите основные свойства программы Multisim.

5.2.Как задаются параметры основных элементов цепей?

5.3.Как задаются параметры радиосигналов с АМ и ЧМ?

5.4.Как смоделировать импульсный радиосигнал с АМ?

5.5.Как смоделировать радиосигналы с АИМ?

5.6.Как смоделировать частотно-модулированные радиосигналы со сложным первичным сигналом?

16

5.7.Как получить спектральные характеристики сигналов?

5.8.В чем состоит принципиальное различие в спектрах видео- и радиосигналов?

5.9.Как получить числовые значения спектральных характеристик?

5.10.Как измерить параметры сигналов по осциллограмме виртуального осциллографа?

5.11.Как возникает понятие отрицательной частоты?

5.12.Какими свойствами обладает спектральная плотность вещественного сигнала?

5.13.Как принято определять длительность импульсных сигналов?

5.14.В чем характерная особенность спектра дельта импульса?

5.15.Какова связь между длительностью импульса и шириной его

спектра?

5.16.Как влияет изменение длительности импульса и периода повторения на спектр периодической последовательности импульсов?

5.17.Как определить число гармонических составляющих в спектре импульсного сигнала?

5.18.Как изменится спектр периодического сигнала, если период следования устремить в бесконечность?

5.19.Объясните понятие занимаемой и необходимой полосы частот.

5.20.Как найти распределение мощности и энергии в спектре периодического и непериодического сигналов?

5.21.Какая доля общей энергии прямоугольного импульса содержится в пределах основного лепестка спектральной диаграммы?

5.22.Может ли быть реализована ситуация, когда спектральные плотности двух сигналов перекрываются, и, тем не менее, эти сигналы ортогональны?

5.23.Приведите классификацию сигналов.

5.24.Объясните необходимость модуляции как основного радиотехнического процесса.

5.25.Приведите примеры узкополосных сигналов.

5.26.Как связаны между собой спектральные плотности видеоимпульса и радиоимпульса?

5.27.Какова причина искажений сообщения, наблюдаемых при перемодуляции сигнала?

5.28.От чего зависит распределение мощности в спектре однотонального АМ сигнала?

5.29.ОбъяснитепринциппостроениявекторнойдиаграммыАМсигнала.

5.30.Чем принципиально отличаются осциллограммы сигналов с балансной амплитудной модуляцией и обычных АМ сигналов?

17

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНЫХ ЛИНЕЙНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является освоение практических навыков работы с моделями основных простейших пассивных звеньев радиотехнических цепей и изучение их импульсных и частотных характеристик.

2. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

2.1. Изучить основные принципы работы с пакетом Multisim.

2.2.Изучить назначение основных элементов наборов Sources, Basic и Instruments.

2.3.Рассчитать импульсные характеристики ФНЧ, колебательного контура, а также элементы цепей и полосу пропускания контура, указанных в задании.

3.ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

3.1.Составить поочередно схемы заданных цепей согласно варианту домашнего задания.

3.2.Для всех указанных цепей построить семейство импульсных

ичастотных характеристик (Моделирование / Вид анализа/Режим АС

или Set АС options / Accept /Simulate). Все полученные характеристики с помощью маркеров зарисовать с экрана дисплея.

ВНИМАНИЕ! Известно, что импульсную характеристику можно получить путем дифференцирования переходной характеристики. Поэтому на выходе исследуемой цепи необходимо поставить дифференцирующее устройство. Для этого нужно в семействе «Источники» найти группу «CONTROL FUNCTION BLOCKS» и в ней выбрать компонент «VOLTAGE DIFFERENTIATOR».

При построении переходной характеристики цепи на ее вход необходимо подключить импульсный генератор из набора источников «Sources» с амплитудой 1 В и с частотой 0,1 Гц (рис. 2.1).

При построении частотных характеристик импульсный генератор надо заменить источником гармонических колебаний.

Для подключения другого источника сигнала необходимо выделить заменяемый источник и щелкнуть «Delete». Затем выделить провод на входе и также щелкнуть «Delete». В образовавшийся разрыв вставить другой источник сигнала.

18

Рис. 2.1. Установка параметров импульсного генератора

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

-схемы исследуемых цепей;

-семейство импульсных характеристик каждой цепи;

-семейство АЧХ и ФЧХ каждой цепи;

-рассчитанные экспериментальные значения постоянной времени, граничной частоты и полосы пропускания;

-оптимальную цепь для пропускания указанных в задании сигналов;

-выводы по результатам анализа.

5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1.Приведите классификацию радиотехнических цепей.

5.2.Приведите условие физической реализуемости линейной цепи.

5.3.Дайте формулировку критерия Пэйли – Винера.

5.4.Приведите расчетные формулы для АЧХ и ФЧХ контура.

5.5.Объясните, как по характеристикам контура определить добротность и полосу пропускания.

5.6.Объясните влияние внутреннего сопротивления источника сигнала и нагрузки контура на его избирательные свойства.

5.7.Объясните физический смысл постоянной времени цепи.

5.8.Как определяется передаточная функция линейной цепи?

5.9.Какпоимпульснойхарактеристикенайтипередаточнуюфункцию?

5.10.Дайте определение -функции.

5.11.Объясните, как по импульсной характеристике ФНЧ найти граничную частоту фильтра.

5.12.Как по импульсной характеристике колебательного контура определить его резонансную частоту?

19

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАДИОСИГНАЛОВ НА ЛИНЕЙНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является освоение практических навыков работы с моделью одного из основных простейших активных звеньев радиотехнических цепей – резонансного усилителя, изучение его усилительных свойств и частотных характеристик, а также исследование параметров выходного радиосигнала.

2.ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Всостав модели экспериментальной установки входят виртуальные генераторы гармонических колебаний радиочастоты и АМ колебаний, мультиметр, осциллограф и исследуемый усилитель.

Структурная схема измерений модели экспериментальной установки

приведена на рис. 3.1, а принципиальная схема усилителя на рис. 3.2.

3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

3.1.Изучить методику проведения лабораторной работы.

3.2.Рассчитать параметры элементов схемы, необходимые для создания модели усилителя.

3.3.Рассчитать коэффициент усиления резонансного усилителя, собранного на транзисторе КТ312А, и работающего в линейном режиме.

3.4.Рассчитать зависимость коэффициента модуляции выходного колебания резонансного усилителя при заданных значениях коэффициента модуляции входного колебания Мвх и диапазона изменения модулирующей час-

тоты Fмод.

4. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

4.1. Подготовить модель к анализу.

Для этого:

-ввести данные для всех элементов схемы;

-подключить мультиметр, осциллограф и генератор гармонических колебаний;

20