44
2.2.Подсоедините к выходу ПФ измерительный прибор «Измеритель АЧХ» (Bode Plotter). Просмотрите АЧХ фильтра и проверьте правильность проведенных расчетов.
2.3.Просмотрите сигнал с выхода ПФ на осциллографе и получите спектр этого сигнала. Убедитесь, что выходной сигнал представляет собой требуемый АМ-сигнал.
Задание 3
Детектирование АМ-сигнала
Детектирование (демодуляция) АМ-сигнала представляет собой процесс выделения огибающей модулированного сигнала. Детекторы реализуют с помощью нелинейного элемента (диода или транзистора) и последующего фильтра нижних частот.
3.1.Соберите самостоятельно схему демодулятора АМ-сигнала.
3.2.С помощью собранной схемы демодулятора, проведите детектирование полученного в предыдущем задании АМ-сигнала.
3.3.Проведите исследование последовательных преобразований сигнала в демодуляторе с точки зрения спектрального представления сигналов. Запишите последовательность этих преобразований.
Оформление отчета
Составьте отчет о выполненной работе. Отчет должен содержать:
1)Название лабораторной работы.
2)Названия задания, вид собранной электрической схемы, рассчитанные значения параметров элементов.
3)Результаты выполнения заданий (графики спектров и осциллограммы входных и выходных сигналов).
4)Выводы.
Контрольные вопросы
1.Объясните, в чем состоит процесс модуляции с точки зрения спектрального представления сигналов?
2.Для чего необходим диод в схеме модулятора? Какую он выполняет функцию?
45
3.Для чего необходимы элементы L, C, R в схеме модулятора? Какую выполняет функцию эта цепочка элементов? Как рассчитываются параметры этих элементов?
4.Назовите кроме диода еще один вид нелинейного элемента. Может ли он использоваться в схеме модулятора?
5.Объясните, в чем состоит процесс демодуляции с точки зрения спектрального представления сигналов?
6.Объясните, в чем состоит процесс демодуляции АМ-сигнала (выделение огибающей) с точки зрения обычного временного представления сигналов?
7.Объясните последовательность преобразования АМ-сигнала в детек-
торе.
Литература
1.Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа
Electronics Workbench и ее применение. М.: СОЛОН-Р, 2001.
2.Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов
–М.: Высш. шк., 2000.
__________________
Лабораторная работа 8
ВЫДЕЛЕНИЕ КАНАЛА ИЗ СИГНАЛА С ЧАСТОТНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ КАНАЛОВ
Цель работы
Целью работы является исследование возможности передачи по одной линии связи нескольких сигналов от различных источников – так называемого сигнала с частотным уплотнением каналов. Суть частотного уплотнения заключается в частотном разнесении несущей для каждого из каналов. В этом случае сигналы можно передавать по одной линии связи. При детектировании такого сигнала для выделения одного из каналов следует применять полосовой фильтр, настроенный на частоту несущей канала. Ширина полосы
46
фильтра должна соответствовать ширине канала, т.е. разности между частотами несущих двух смежных каналов.
Задание 1
Спектр суммы АМ-сигналов с различной частотой несущей
1.1.Даны три однотональных АМ-сигнала с частотами несущей f01, f02
иf03, равными соответственно 500 Гц, 900 Гц и 1300 Гц. Остальные параметры (частота огибающей, глубина модуляции, амплитуда) для всех АМ-
сигналов одинаковы и равны соответственно fΩ = 100 Гц, M = 1, A = 1 В.
1.2. Определите, как будут выглядеть эти АМ-сигналы и их спектры. Постройте и зарисуйте в тетрадь друг под другом на одной странице листа четыре графика: спектры каждого из трех АМ-сигналов по отдельности и спектр суммы всех трех сигналов.
Задание 2
Схема выделения АМ-сигнала одного канала из суммы АМ-сигналов
спомощью настройки параметров полосового фильтра
2.1.Соберите схему, как показано на рис.8.1.
Рис.8.1. Схема выделения одного АМ-сигнала из суммы АМ-сигналов
47
Эта схема демонстрирует передачу нескольких сигналов с частотным уплотнением каналов по одной линии связи с последующим выделением одного канала (сигнала). На входе схемы происходит суммирование трех АМсигналов (обозначенные на схеме как 1 signal, 2 signal, 3 signal). Далее результирующий сигнал (Result signal) через ключ подается на вход (kanal-In) полосового фильтра (выполненного на элементах L,C и R). Переключающий элемент на входе полосового фильтра необходим для выбора режима измерения АЧХ полосового фильтра. Переключение производится с помощью клавиатуры клавишей <Пробел>.
Измерительные приборы (Bode Plotter и Function Generator) необходи-
мы для измерения АЧХ полосового фильтра. Выбор режима измерения АЧХ производится, как было уже сказано, переключением ключа клавишей <Пробел>. Осциллограф служит для просмотра выделяемого сигнала.
2.2.Задайте параметры Источников АМ-сигнала (AM Source) в соответствии с параметрами трех АМ-сигналов, заданных в п.1.1.
2.3.Просмотрите на осциллографе вид результирующего сигнала.
2.4.С помощью Анализатора спектра (Bode Plotter) получите Фурьеспектр результирующего сигнала (при этом следует указать номер узловой точки Nodes). Сравните измеренный спектр со спектром, построенным вами в Задании 1. Убедитесь, что они совпадают.
2.5.Формулы для расчета АЧХ полосового фильтра приведены в Лабораторной работе 6. Рассчитайте с помощью этих формул резонансную частоту ω0 и ширину полосы ∆ω так, чтобы происходило точное выделение одного канала. Таким образом вы должны составить следующую таблицу
|
|
|
|
|
Таблица 8.1 |
Номер |
Централь- |
L |
C |
R |
Q |
канала |
ная частота |
|
|
|
|
|
f0, Гц |
|
|
|
|
1 |
500 |
1 мГн |
|
|
|
2 |
900 |
1 мГн |
|
|
|
3 |
1300 |
1 мГн |
|
|
|
При расчетах задайтесь неизменным |
значением индуктивности |
L = 1мГн. В результате, исходя из значений f0 и |
∆f , необходимо рассчитать |
48
значения C и R. Величина Q – это добротность, зависящая от L, C и R. Это значение должно быть много больше 1. Ширину полосы ∆f следует выбирать так, чтобы ближайшая гармоника соседних каналов (т.е. значение АЧХ на расстоянии ±300 Гц от резонансной частоты) подавлялась на 40 дБ (т.е. в 100 раз).
2.6.С помощью Измерителя АЧХ проверьте, что параметры полосового фильтра (ПФ) – резонансная частота и ширина полосы – рассчитаны вами верно.
2.7.Задайте параметры ПФ для выделения 1-го канала. Подайте на вход ПФ результирующий сигнал и убедитесь, что действительно происходит выделение сигнала 1-го канала. Зарисуйте в тетрадь график спектра с выхода ПФ и его осциллограмму.
2.8.Проведите последовательно выделение остальных двух сигналов (каналов) и также зарисуйте графики спектров в тетрадь.
2.9.Задайте новые данные частоты несущей f0i и частоты модулирую-
щего сигнала fΩi для исходных АМ сигналов в соответствии с таблицей 8.2. 3.0. Задаваясь значениями L и R, вычислите значения емкости C для
выделения сигналов этих каналов (заполните таблицу 8.2).
|
|
|
|
|
|
Таблица 8.2 |
|
Номер |
Частота |
Частота мо- |
L |
R |
C |
|
Q |
канала |
несущей |
дулирующего |
|
|
|
|
|
|
f0i, кГц |
сигнала |
|
|
|
|
|
|
|
fΩi, Гц |
|
|
|
|
|
1 |
5 |
50 |
1 Гн |
1 кОм |
|
|
|
2 |
6 |
100 |
1 Гн |
1 кОм |
|
|
|
3 |
7 |
200 |
1 Гн |
1 кОм |
|
|
|
3.1. Проведите последовательно выделение трех сигналов (каналов).
Задание 3
Схема выделения АМ-сигнала одного канала с помощью настройки частоты гетеродина
Выделение сигнала частотного канала можно производить не только изменением (настройкой) центральной резонансной частоты ПФ. Вторым способом является смещение спектра входного сигнала к определенной промежуточной частоте fпр с последующим выделением канала полосовым фильтром с фиксированными значениями параметров. Сдвиг спектра произ-
49
водится смесителем посредством умножения сигнала на гармонический сигнал с опорного генератора, который называется гетеродином. В этом случае для выделения различных каналов настраивается не полосовой фильтр, а частота гетеродина fг в соответствии с формулой
fпр = f0 – fг
3.1.Поместите на схеме рис8.1 между результирующим сигналом (выходам сумматора) и входом полосового фильтра устройство Смеситель сигналов. Это устройство можно собрать с помощью элемента EWB Умножитель (Multiplier). На один из входов Умножителя подайте результирующий сигнал с выхода сумматора, а на второй вход – сигнал с выхода гетеродина, роль которого будет выполнять стандартный элемент EWB – источник синусоидального напряжения (AC Voltage Source). Амплитуду этого источника задайте равной 1 В, частота колебаний источника выбирается в соответствии
счастотой выделяемого канала.
3.2.Настройте полосовой фильтр на промежуточную частоту fпр, например, 2 кГц. При настройке ПФ задайтесь значениями L = 1 Гн , R = 1 кОм. Исходя из этих значений, вычислите значение емкости C. Вычислите значение добротности контура Q.
3.3.Определите частоту колебаний, на которую должен быть настроен
гетеродин, чтобы происходил сдвиг спектра первого канала к частоте fпр. Задайте это значение источнику синусоидального напряжения, выполняющего роль гетеродина. Просмотрите осциллограмму и спектр сигнала с выхода ПФ. Убедитесь, что вы правильно выделяете первый канал. Зарисуйте в тетрадь осциллограмму и спектр сигнала с выделенным каналом.
3.4.Аналогично п.3.3 задавая частоту гетеродина, выделите последовательно второй и третий каналы. Зарисуйте в тетрадь осциллограммы и спектры сигналов с выделенным каналом.
Контрольные вопросы
1.Какие бывают виды модуляции?
2.Как будет изменяться спектр однотонального АМ-сигнала при изме-
нении: 1) частоты несущей f0; 2) частоты огибающей fΩ .
3.Для чего применяется частотное разделение каналов при передаче сигналов?
4.В данной лабораторной работе заданы сигналы каналов с частотой огибающей 100 Гц и частотами несущей (центральными частотами каналов) 500, 900 и 1300 Гц. Как изменится суммарный сигнал, если центральные частоты каналов будут равны