200106_СДФ1_ПрИС

Voltage Source соответствуют не максимальным, а эффективным значениям для переменного напряжения (которые, как известно, меньше максимальных в 2 раза).

Если значения амплитуд и фаз источников переменного напряжения выбраны верно, то на дисплее осциллографа будут отображаться синтезированные прямоугольные импульсы (при этом будет проявляться эффект Гиббса).

Зарисуйте в тетрадь схему EWB со значениями Ui, ϕi и полученные на выходе осциллограммы для трех случаев в зависимости от количества гармоник:

1)первые три гармоники (остальные гармоники временно отсоедините от сумматора);

2)первые шесть гармоник;

3)все девять гармоник.

Объясните полученные результаты, в том числе причину появления эффекта Гиббса и его особенности.

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Составьте отчет о выполненной работе. Отчет должен содержать:

1)название лабораторной работы;

2)название и назначение основных элементов EWB , которые были использованы при выполнении работы. Приведите название и назначение основных опций диалоговых окон для задания параметров элементов;

3)названия заданий, вид собранной электрической схемы, рассчитанные значения параметров элементов;

4)результаты выполнения заданий (осциллограммы и графики спектров);

5)выводы.

Контрольные вопросы

1. Приведите вид и назначение опций диалогового окна измерительного при-

бора EWB – Function Generator.

2.Как задается скважность сигнала в диалоговом окне Генератора сигналов?

3.Приведите вид и назначение опций диалогового окна «Анализатора спек-

тра» EWB.

4.Чем отличаются спектры сигналов с одинаковой длительностью импульсов

ипеременным периодом?

5.Чем отличаются спектры сигналов с одинаковым периодом и переменной длительностью?

6.Что такое эффект Гиббса?

7.Дайте обоснование выбора значений амплитуды и фазы источников синусоидального напряжения AC Voltage Source при моделировании синтеза сигнала.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

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 № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ СИГНАЛОВ С АМПЛИТУДНОЙ И ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Цель работы

Целью работы является исследование спектров модулированных сигналов – на примере сигналов с амплитудной и частотной однотональной модуляцией с различными значениями глубины модуляции – коэффициента модуляции (для АМ сигнала) и индекса модуляции (для ЧМ/ФМ сигналов). Получение и анализ фурьеспектров сигналов производится средствами пакета EWB –« Анализатор спектра».

Задание 1

Исследование сигналов с амплитудной модуляцией

1.1. Соберите схему (рис. 3.1) из двух элементов EWB – источника однотонального АМ сигнала (AM Source) и осциллографа (Oscilloscope) вместе с заземле-

нием (Ground).

Рис. 3.1. Схема соединения источника АМ-сигнала и осциллографа

1.2. Параметры АМ сигналов задаются в диалоговом окне элемента AM Source (диалоговое окно раскрывается по двойному щелчку на элементе). Диалоговое окно AM Source содержит следующие параметры

Зарисуйте полученные четыре осциллограммы FМ сигналов в тетрадь в одном масштабе.

2.3.С помощью Анализатора спектра EWB получите четыре спектра FМ сигналов для четырех значений индекса модуляции M, приведенных в п. 2.2. Зарисуйте полученные четыре спектра в тетрадь друг под другом в одном масштабе по оси частот и оси амплитуд.

2.4.Сравните полученные осциллограммы, спектры FМ сигналов и спектры АМ сигналов. Объясните полученные результаты и запишите выводы в тетрадь.

Задание 3

Сигналы с балансной модуляцией

3.1. С помощью стандартного библиотечного элемента Умножитель (элемент Multiplier из группы элементов Controls) и двух источников синусоидального напряжения AC Voltage Source (из стандартного набора элементов EWB) получите сигнал с балансной однотональной модуляцией. Для этого на один вход Умножителя следует подать сигнал с частотой несущей (1000 Гц), а на второй вход – модулирующий сигнал с частотой огибающей (100 Гц). Значение параметра Amplitude обоих источников задайте равной 0.707 В (в этом случае амплитуда сигналов будет равной 1 В, поскольку значение параметра Amplitude источника напряжения AC Voltage Source соответствует действующему значению переменного напряжения, которое, как известно, меньше максимального в 2 раза).

Просмотрите сигнал на осциллографе. Зарисуйте осциллограмму сигнала в тетрадь. Найдите на осциллограмме момент смены фазы сигнала на 180°.

3.2. Получите спектр сигнала с балансной модуляцией. Убедитесь, что в спектре сигнала действительно отсутствует гармоника с частотой несущей. Для получения спектра сигнала необходимо иметь в виду следующее. В диалоговом окне Ана-

лизатора спектра “Fourier Analysis” в поле “Analysis” имеется опция “Nodes” – но-

мер узловой точки. В этом поле следует указать номер узловой точки, соответствующей сигналу на выходе Умножителя. По умолчанию номера узловых точек на схеме не отображаются. Поэтому для отображения номеров узловых точек необходимо дать команду “Circuit/Schematic Options…” и установить флажок в строке “Show nodes”. После этого номера узловых точек будут отображаться на схеме (если сбросить этот флажок, номера узловых точек перестанут отображаться на схеме).

3.3. Проведите преобразование сигнала с балансной модуляцией в обычный АМ сигнал (с глубиной модуляции M = 1). Это преобразование можно осуществить простым добавлением к модулированному сигналу с балансной модуляцией дополнительного синусоидального сигнала с частотой несущей. Суммирование обоих

сигналов производится с помощью сумматора – стандартный элемент Tree-Way Voltage Summer («трех-входовый сумматор напряжения») из группы элементов

Controls.

3.4. Зарисуйте друг под другом две осциллограммы:

1) исходный сигнал балансной модуляции; 2) преобразованный сигнал. Объясните полученные результаты.

Задание 4

Моделирование сигналов с АМ модуляцией

иОБП модуляцией

4.1.Проведите моделирование однотонального АМ сигнала путем суммирования его составных спектральных гармоник с помощью нескольких источников синусоидального напряжения. Значения амплитуд источников синусоидального напряжения следует выбирать в соответствии с амплитудами соответствующих спектральных составляющих АМ сигнала, полученных при анализе спектров (см. Зада-

ние 1, п.1.4).

4.2.Получите четыре осциллограммы смоделированных сигналов. Сравните их с осциллограммами, полученными прямым измерением с выхода источника АМ сигнала (Задание 1, п.1.3).

4.3.Аналогично с помощью суммирования двух гармоник проведите моделирование сигнала с однотональной ОБП модуляцией. Подайте смоделированный ОБП-сигнал на вход осциллографа и зарисуйте полученные осциллограммы в тетрадь. Сравните осциллограммы сигналов с АМ и ОБП модуляцией. Объясните полученные результаты.

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Составьте отчет о выполненной работе. Отчет должен содержать:

1)название лабораторной работы;

2)название и назначение основных элементов EWB , которые были использованы при выполнении работы. Приведите название и назначение основных опций диалоговых окон для задания параметров элементов;

3)названия заданий, вид собранной электрической схемы, рассчитанные значения параметров элементов;

4)результаты выполнения заданий (осциллограммы и графики спектров);

5)выводы.

Контрольные вопросы

1.Приведите вид и назначение опций диалогового окна источников модули-

рованного сигнала – AM Source и FM Source.

2.Как изменяется амплитудно-модулированный сигнал и его спектр при изменении коэффициента модуляции?

3.В чем состоит основное отличие спектра частотно-модулированного сигнала от спектра амплитудно-модулированного сигнала?

4.Приведите формулы для однотонального АМ-сигнала с обычной модуляцией (с несущей) и с балансной модуляцией. Как преобразовать сигнал с балансной модуляцией в обычный АМ-сигнал?

5.В чем состоит отличие ОБП-сигнала от обычного АМ-сигнала?

6.Поясните, почему при использовании источника синусоидального напряжения AC Voltage Source (пакета EWB) для генерирования синусоидального сигнала с амплитудой 1 В необходимо задавать значение параметра Amplitude равным 0,707 В

?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

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 № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ RC-ЦЕПОЧКИ. ИНТЕГРИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ. ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧАСТОТ

Цель работы

Целью работы является исследование преобразования сигналов при их прохождении через частотно-избирательный четырехполюсник (линейную стационарную систему) – на примере прохождения прямоугольных сигналов через интегрирующую RC-цепочку. В работе исследуется амплитудно-частотная (АЧХ) и фазочастотная характеристики (ФЧХ) четырехполюсника. На основе данных измерений АЧХ и ФЧХ исследуется процесс интегрирования и процесс фильтрации сигнала.

Задание 1. Измерение АЧХ и ФЧХ

1.1. Соберите схему интегрирующей RC-цепочки (как показано на рис.4.1). Подключите приборы: 1) Генератор сигналов (Function Generator); 2) Осциллограф

(Oscilloscope); 3) Измеритель АЧХ (Bode Plotter).

Рис.4.1. Схема для исследования интегрирующей rc-цепочки

1.2. Измерение АЧХ проводится с помощью прибора Bode Plotter (рис. 4.2) Перед снятием отсчетов настройте переднею панель прибора. Для этого раскройте (двойным щелчком) внешний вид прибора Измеритель АЧХ Bode Plotter и изучите его устройство.

Рис. 4.2. Вид передней панели Измерителя АЧХ (Bode Plotter)

Прибор содержит следующие основные опции для управления.

Кнопки Magnitude и Phase – определяют тип измеряемой характеристики: Magnitude – амплитудно-частотная характеристика; Phase – фазо-частотная характеристика.

В поле Vertical – задаются параметры отображения вертикальной оси (оси амплитуд) на дисплее прибора:

1)вид оси – логарифмический масштаб (кнопка Log) или линейный масштаб

(кнопка Lin);

2)диапазон оси – верхний (F) и нижний (I) пределы значений.

В поле Horizontal – задаются аналогичные параметры отображения для горизонтальной оси (оси частот):

1)вид оси – логарифмический или линейный масштаб (Log и Lin);

2)верхний (F) и нижний (I) пределы значений частоты. Значение нижнего предела будет являться также шагом по оси частот (дискретом по частоте).

Кнопки со стрелками – позволяют перемещать визирную линейку. В соответствии с положением визирной линейки в двух соседних полях отображается: в верхнем поле отображается значение характеристики, в нижнем поле – значение частоты.

Перед началом измерений настройте следующие опции. 1) диапазон вертикальной оси установите:

для линейного масштаба – от 0 до 1; для логарифмического масштаба – от –60 дБ до 60 дБ;

2) для горизонтальной оси установите верхний предел 1 МГц, нижний предел (дискрет по частоте) 1 Гц.

1.3. С помощью Измерителя АЧХ получите график амплитудно-частотной характеристики для трех значений τ = RC , взятых из табл. 4.1.

Таблица 4.1

В этой таблице приведены: τ – постоянная времени RC-цепочки; ω0 – частота, соответствующая постоянной времени τ; f0 – циклическая частота ( f0 = ω0/2π ≈

0,16 ω0 ).

По измеренным значениям АЧХ (т.е. модуля частотного коэффициента передачи |K(jω)| четырехполюсника) для трех значений постоянной времени τ постройте на одном графике три кривые АЧХ (по оси ординат (y) – амплитуда |K(jω)| ; по оси абсцисс (x) – частота в Гц). Построение графиков АЧХ проведите отдельно для двух различных масштабов оси ординат (амплитуд |K(jω)|):

1) первый график (три кривые АЧХ) – в системе координат y (log) / x (log) (логарифмический масштаб по оси ординат и логарифмический масштаб по оси частот);