Ход выполнения работы.

1. Загрузите исполняющий файл Lab_7_1.svu. Установите параметры модулей в соответствии с вариантом индивидуального задания. В таблице 1 приведены значения амплитуды и частоты источников гармонических колебаний (модули 8 и 9), а также коэффициенты полиномов нелинейных элементов (модули 3 и 4). Характеристику модуля 3 необходимо задать в виде y(x) = a₂·x², а модуля 4 – в виде y(x) = a₁·x + a₂·x².

Дополните модель еще одним нелинейным модулем с характеристикой "ограничение" (блок Limit в библиотеке Functions). Начальное значение уровня ограничения (Input Max) примите равным U_вх (см. табл. 7.1), уровень выходного сигнала – U_вых = ±1В.

2. Подайте на входы нелинейностей гармонический сигнал с выхода модуля 3 x₁(t) = A₁·cos(2πf₁·t). Постройте графики спектров сигналов на входах и выходах нелинейностей. Объясните картину спектра сигнала на выходе каждой нелинейности. Отметьте характерные точки на графиках спектров (частоты и уровни).

3. Повторите пункт 1 Хода выполнения работы, подавая на входы нелинейностей двухкомпонентный сигнал, полученный путем суммирования сигналов с выходов модулей 3 и 5: x₂(t) = A₁·cos(2πf₁·t) + + A₂·cos(2πf₂·t). Сравните полученные результаты с результатами предыдущего опыта и объясните наблюдаемые различия.

Рисунок 7.4. – Структурная схема модели.

4. Подайте на входы нелинейностей сигнал с выхода фильтра 1 (импульсную характеристику ФНЧ; сигнал, ограниченный по частоте). Постройте графики спектров сигналов на входах и выходах нелинейностей. При выполнении данного пункта работы рекомендуется построить спектр амплитуд в линейном масштабе по оси ординат (используйте опцию |FFT|). Объясните картину спектра сигнала на выходе каждой нелинейности. Отметьте характерные точки на графиках спектров (частоты и уровни).

5. Подайте на входы нелинейностей Гауссов белый шум. В параметрах модуля ГБШ установите среднее значение (Mean) равным нулю, а СКО (Std. Deviation) – половине значения уровня ограничителя (U_вх в табл. 7.1), σ_ГБШ = U_вх/2. Постройте гистограммы распределения значений сигналов на входе и выходе каждой нелинейности. Для этого в калькуляторе System View на вкладке Style необходимо выбрать опцию Histogram. Для получения более достоверных результатов, при выполнении данного пункта работы рекомендуется увеличить количество повторных запусков модели до 10…20 (значение No. of System Loops в параметрах системного времени). Объясните вид полученных зависимостей. Измените среднее значение (матожидание) шума, сделав его численно равным половине СКО (m_ГБШ = σ_ГБШ/2 = U_вх/4). Повторите опыт и опишите наблюдаемые изменения.

6. Загрузите исполняющий файл Lab_7_2.svu (см. рис. 7.5). Запишите параметры модулей модели. Модули №№ 0, 3, 4, 5 и 6 отображают источник модулированного сигнала, модули №№ 7, 8 отображают нелинейный детектор АМ сигнала, модули №№ 9, 13 отображают линейный синхронный детектор.

В соответствии с таблицей вариантов (см. табл. 7.1) задайте частоту несущей (fн, модуль 4) и частоту сообщения (f_с, модуль 0). Запустите модель на цикл моделирования.

Рисунок 7.5. – Структурная схема модели детектора огибающей.

7. Постройте спектры сигналов на выходе нелинейного и линейного детекторов, используя при этом взвешивающее окно Ханнинга и используя логарифмическую шкалу по оси ординат. Сравните спектры и объясните их различие.

8. Скорректируйте нелинейность, введя в ее описание кубический член с весовым коэффициентом 0,1. Выполните пункт 7.

9. Замените квадратичную нелинейность нелинейностью вида «модуль» (блок Rectify библиотеки Function/Non Linear) и выполните пункт 7.

10. Рассчитайте коэффициенты нелинейных искажений выходного сигнала нелинейного детектора для пп. 7, 8 и 9. Сравните результаты для квадратичного детектора и детектора с нелинейностью вида «модуль».

11. Восстановите исходные значения параметров нелинейного элемента (модуль 7). Введите в состав сигнала, отображающего сообщение Гауссов белый шум (модуль 2) со среднеквадратическим отклонением 0,5 В. Определите соотношение сигнал-шум в восстановленном сообщении на выходе нелинейного и линейного детекторов. Вычислите потери детектирования. Повторите этот опыт для значений амплитуды несущего сигнала (модуль 4) в диапазоне 0,5 – 10 В (5 – 7 точек). Постройте график зависимости потерь преобразования от уровня входного сигнала.

12. Загрузите модель Lab_7_3.svu (см. рис. 7.6). Измените параметры модели в соответствии с индивидуальным вариантом. Значения частоты и амплитуды гармонических колебаний (модули 0 и 1) задайте такими же, как при выполнении пункта 3. Статическую характеристику нелинейного элемента задайте в виде y(x) = 1·x + a₂·10^-3·x² + a₂·10^-4·x³ (a₂ – по таблице 7.1). Запустите модель на цикл моделирования.

13. Получите спектры амплитуд в логарифмическом масштабе для входного и выходного сигналов нелинейности. Используйте взвешивающее окно Ханнинга. Сравните спектры между собой и сделайте выводы относительно изменения спектрального состава сигнала при преобразовании его нелинейностью. Определите причину появления каждой частотной компоненты в спектре выходного сигнала (полезные компоненты, компоненты кратных частот, интермодуляционные компоненты второго или третьего порядков) и оцените их уровни.

Рисунок 7.6. – Схема модели усилителя со слабой нелинейностью.

14.Изменяя коэффициент усиления (модуль 3) в диапазоне от 0 до 100 дБ постройте в одной системе координат зависимости уровней усиленного сигнала и интермодуляционных компонент 2-го и 3-го порядков от коэффициента усиления. Значения уровней полезных сигналов необходимо снимать с модуля 6, интермодуляционных компонент – с модуля 5. Сделайте выводы относительно свойств усилителя.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

1. Наименование работы, ее цель и задачи.

2. Структурная схема моделей, их параметры, параметры системного времени.

3. Эскизы графиков сигналов, их спектров, построенные зависимости и необходимые комментарии в соответствии с п.п. 1-14.

4. Выводы в соответствии с пунктами 1-14 «Хода выполнения работы».

ЛИТЕРАТУРА.

1. Зюко А.Г. и др. Теория передачи сигналов. Стр. 80-82.

2. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. Стр. 189-191.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ.

1. Построить график закона распределения выходного сигнала нелинейности типа "ограничения" с параметрами при подаче на его вход Гауссова белого шума с параметрами:

   1. 

   2. 

1.3.

Таблица 7.1. Варианты заданий к лабораторной работе №7.

N варианта	Сигнал №1		Сигнал №2		Коэф. полинома		Uвх, В	fс, Гц	fн, кГц
	Amax1,В	f1, Гц	Amax2,В	f2, Гц	a1	a2
1	0,25	20	8	11	1	0,1	0,1	1150	30
2	0,2	10	4	13	4	0,15	3	900	20
3	0,75	18	4	5	12	1	1	1450	30
4	1,25	5	8	11	7	0,5	1,2	1150	20
5	1,5	10	9	3	5	0,25	2,5	1100	35
6	0,75	6	10	16	4	0,1	5	1250	25
7	1	13	7	6	10	0,5	3,6	1500	25
8	3,5	20	8	14	7	0,25	3,2	1450	30
9	0,5	4	7	7	7	0,1	4,2	1450	20
10	1	19	9	11	2	0,4	4	1050	35
11	1,75	13	7	4	7	0,7	0,3	900	35
12	2,5	19	9	15	1	0,5	5	1100	30
13	2,5	20	5	11	5	0,1	0,7	1350	40
14	2,5	10	6	16	6	0,7	1,6	950	20
15	3	7	6	4	10	1	3,8	1000	40
16	0,2	6	5	10	4	1	1,8	1300	30
17	0,5	16	5	12	2	0,2	1,4	1550	30
18	2,25	17	10	14	6	0,8	3,4	1350	20
19	1,75	3	8	10	3	0,5	2,8	850	35
20	2,75	17	8	9	5	0,4	2,2	1350	35
21	2,5	7	11	3	2	0,5	4,8	1250	30
22	0,75	15	9	4	6	0,4	2,4	900	30
23	0,5	10	10	6	7	0,75	3,8	1500	25
24	4	10	6	3	4	0,8	2	750	30
25	2,75	14	10	5	7	0,3	1,8	1150	25
26	2,5	3	10	7	7	0,2	0,15	1200	20
27	0,5	9	6	20	6	0,5	0,5	1150	30
28	2,25	13	5	9	20	1	2,4	900	40
29	0,25	13	10	3	2	0,8	3	800	35
30	1,75	10	9	17	2	0,25	1,6	1300	20
31	0,5	15	9	11	8	0,2	4,6	1200	35
32	2	9	5	5	5	0,9	0,4	1000	35
33	1,5	4	5	10	3	1	4,4	1300	35
34	1,5	3	6	16	3	0,6	0,2	750	40
35	2,25	13	6	19	5	0,5	2,5	1600	35
36	1,75	17	5	10	4	0,3	4,6	1250	20
37	0,75	18	6	15	8	0,4	0,2	1000	20
38	0,2	14	9	4	8	0,1	2,6	1550	20
39	2	12	8	18	8	0,25	3,4	1400	40
40	2,5	19	7	15	4	0,4	1	800	20
41	4	16	10	5	4	0,75	1,25	1250	35
42	3	17	7	14	12	0,8	2	1200	35
43	3,5	11	9	7	7	1	1,5	750	25
44	0,2	16	6	10	10	0,6	4,4	1450	35
45	3,5	9	5	5	3	0,7	0,8	1550	35
46	2,25	7	7	4	4	0,7	4,5	1400	25
47	3,5	11	11	18	6	0,3	1,75	1150	40
48	1	18	5	13	6	0,1	4,5	1450	25
49	0,5	19	8	13	10	0,75	3,5	1500	30
50	3	20	8	13	5	1	1,75	1050	25

Таблица 7.1 (продолжение).

N варианта	Сигнал №1		Сигнал №2		Коэф. полинома		Uвх, В	fн, Гц	fс, кГц
	Amax1,В	f1, Гц	Amax2,В	f2, Гц	a1	a2
51	1,25	10	9	17	6	1	0,7	1100	40
52	0,75	4	8	11	4	0,25	1,4	1550	20
53	2	16	11	12	5	0,7	3	800	30
54	1,25	3	5	18	5	0,75	1,5	1400	35
55	1,75	19	10	11	10	0,7	0,4	1000	25
56	1,5	16	8	11	2	0,7	3,5	1050	30
57	4	10	7	7	6	0,15	0,9	850	20
58	1,25	7	4	16	3	0,25	4,4	800	40
59	3,5	10	10	13	10	0,9	3,6	800	25
60	1	7	6	19	1	0,7	0,5	1600	40
61	0,5	20	4	17	2	0,1	0,15	1050	40
62	0,25	20	7	13	3	0,75	2	1100	20
63	2,25	13	9	17	7	0,9	0,1	900	25
64	3	16	10	10	6	0,9	0,9	1050	30
65	0,25	19	5	11	1	0,3	2,2	1300	25
66	2	11	7	7	6	0,6	5	1250	40
67	0,75	11	5	6	5	0,2	0,8	950	40
68	1,5	20	4	9	12	0,9	4,2	1600	30
69	0,2	10	7	17	2	0,15	0,5	1550	25
70	0,25	19	9	10	3	0,2	2,8	850	20
71	3,5	17	7	9	6	0,25	3,5	1600	25
72	3	4	5	11	2	0,9	0,1	850	25
73	2,75	14	5	3	6	0,75	3,8	850	30
74	2,75	4	6	14	3	0,15	4	950	35
75	2,75	5	11	13	1	0,15	1,25	750	35
76	4	3	8	11	2	0,75	1,5	1300	40
77	1	15	10	7	8	0,3	2,4	1500	35
78	0,2	18	10	4	5	0,3	1,6	1200	30
79	4	9	5	17	3	0,1	3,2	1400	40
80	2,75	19	7	3	4	0,2	0,6	1300	35
81	3	14	9	3	5	0,6	2,6	900	25
82	0,25	3	4	14	6	0,2	2,6	1150	35
83	0,2	19	8	5	7	0,8	2,5	1000	30
84	0,75	8	7	5	3	0,4	0,8	1350	25
85	2,25	14	8	20	5	0,8	4	850	40
86	1,75	6	6	17	10	0,8	0,6	1500	20
87	1	17	8	7	3	0,9	3,2	1500	20
88	3	8	11	13	2	0,6	0,25	1100	25
89	2,5	7	8	3	7	0,4	0,9	750	20
90	2,25	11	11	17	7	0,15	1,25	950	25
91	1,5	11	10	5	4	0,5	4,6	1350	40
92	4	18	11	4	3	0,8	4,8	950	25
93	1	18	4	15	1	0,75	4,5	1600	20
94	1,5	11	7	14	1	0,4	0,7	1200	40
95	1,25	12	10	5	5	0,15	3,4	1050	20
96	0,25	11	6	14	4	0,6	2,6	1250	35
97	1,25	9	7	15	1	0,6	2,6	1100	30
98	2	5	6	9	4	0,9	0,6	1350	30
99	4	16	9	7	8	0,15	0,15	1000	25
100	2	5	10	14	2	0,3	1,8	1450	40