Лабораторная работа № 6. Изучение схемы дифференциального каскада черри-купера.

Цель работы : исследование работы схемы дифференциального усилителя в цепях передачи информации.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Изучить особенности передачи информационных сигналов в линиях связи и схему усилителя Черри-Купера

2. Выполнить домашнее задание.

3. Выполнить исследовательскую часть работы.

4. Оформить отчет и сдать работу.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Дифференциальный усилительный каскад с высоким коэффициентом усиления и большой полосой пропускания часто используется для обработки информационных сигналов. Чем лучше характеристики усилительной схемы, тем меньше искажений будет сопутствовать передаваемой и восстанавливаемой информации.

1.1. Методы передачи данных.

В последнее время цифровые системы все энергичнее вытесняют аналоговые. Для современной техники связи преобладающее значение имеет передача дискретных данных. Теория информации и связи изучает синтаксический аспект, то есть формальные правила объединения знаков в сообщения и способы их экономичной и безошибочной передачи.

Передаваемая в цифровых системах информация может быть представлена в виде последовательности символов некоторого алфавита из большого числа знаков. Но с помощью кодирования она преобразуется в последовательность двоичных знаков, или символов.

Спектры и сигналы. По своей изначальной природе двоичные сигналы - это последовательность прямоугольных импульсов, а для передачи таких импульсов без искажений требуется теоретически бесконечно большая полоса частот. Но реальные каналы могут обеспечить лишь ограниченную полосу частот, поэтому и необходимо согласовывать передаваемые сигналы со свойствами каналов. Такое согласование может выполняться благодаря кодированию исходных данных за счет обеспечения специальной формы импульсов, переносящих данные, а также с помощью различных видов модуляции. Поэтому и различают передачу данных в первичной полосе частот и передачу с помощью модулированного несущего колебания.

Первичная полоса частот определяется свойствами электрических импульсов, переносящих данные, она начинается с нуля и простирается до некоторого граничного значения.

Модулированное колебание образуется тогда, когда параметры несущего колебания меняются под воздействием передаваемых данных. Такое колебание занимает, как правило, полосу частот от заданного нижнего до верхнего граничного значения.

Некоторые сведения из теории спектров сигналов. Говоря о спектре сигнала, часто понимают под этим представленные в графической форме распределения амплитуд и начальных фаз его гармонических составляющих (гармонических функций, из суммы которых этот сигнал мог бы быть составлен). Очень часто ограничиваются лишь амплитудным спектром, дающим распределение амплитуд гармонических составляющих сигнала. Естественно, что в спектре гармонического колебания (рис. 1а) лишь одна компонента (рис. 1б), величина которой равна амплитуде колебания, а положение которой на оси абсцисс (частота) определяется значением, обратным периоду колебания.

Рис.1. Гармоническое колебание (а) и его спектр (б).

Спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов имеет сложную структуру (рис. 2). Спектр является дискретным, его компоненты имеют частоты, кратные основной частоте повторения импульсов. В начале координат находится постоянная составляющая последовательности импульсов. Огибающая амплитуд имеет вид функции типа Sinc, точка первого нуля которой располагается на частоте, обратной длительности импульса. При скважности импульсов (отношении периода к длительности), равной трем, исчезает каждая третья гармоника. Если бы скважность была бы равна двум, то в спектре остались бы лишь нечетные гармоники основной частоты.

Рис.2. Периодическая последовательность импульсов (а) и ее спектр (б).

Представление о спектре одиночного импульса можно получить на основе следующих рассуждений. Чем больше период импульсов, тем ближе друг к другу находятся гармонические компоненты в спектре сигнала. Если период стремится к бесконечности, то интервал между частотами составляющих стремится к нулю и спектр превращается в сплошной (рис. 3). В этом случае говорят о спектральной плотности амплитуд сигнала.

Рис.3. Одиночный импульс (а)и его спектр (б).

Передача данных в первичной полосе частот . Хотя амплитуды гармонических составляющих в спектре прямоугольных импульсов и угасают с ростом частоты (рис. 2, 3), этот спад довольно медленный (амплитуды убывают обратно пропорционально частоте). Для передачи таких импульсов без искажений необходима бесконечная полоса частот канала связи. Для сравнительно малозаметных искажений граничное значение полосы частот должно быть во много раз больше величины, обратной длительности импульса. Однако все реальные каналы имеют конечную полосу пропускания, что приводит к искажениям формы переданных импульсов. На рис. 4б, 4в показаны возможные формы импульсов на выходе реальных каналов связи с различными частотными характеристиками.

Рис.4. Искажения формы входных импульсов (а) на выходе (б,в )