Лабораторная установка и выполнение измерений

Общая функциональная схема эксперимента показана на рис. 5:

Рис. 5. Лабораторная установка.

Рассмотри каждый блок этой схемы подробнее.

1. Источником аналоговых модельных сигналов является Генератор модельных сигналов. В качестве него могут использоваться следующие приборы (по выбору преподавателя):

• Стандартный лабораторный генератор сигналов различной формы (синусоидальные и прямоугольные импульсы);

• Цифровой генератор, собранный на цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП) устройства L-Card;

• С помощью MATLAB сигналы могут быть воспроизведены на звуковой карте компьютера.

С использованием MATLAB стало возможно воспроизводить сигналы практически любой формы, спектр которых находится в звуковом диапазоне, возможности ограничены лишь характеристиками звуковой карты, а именно частотой квантования, частотной характеристикой и максимально возможным значением напряжения. Звуковые карты, предназначенные в первую очередь для воспроизведения звука, имеют частотную характеристику, позволяющую воспроизводить сигнал в диапазоне частот приблизительно от 100Гц до 20кГц. Эти границы определяются внутренним устройством звуковой карты, обычно, там используются фильтры, ограничивающие спектр сигнала в этом диапазоне. Другая особенность звуковой карты состоит в том, что большинство из них могут работать только с определёнными частотами квантования: 8000Гц, 11025Гц, 22050Гц и 44100Гц. Выходное напряжение для разных звуковых карт может отличаться, но, обычно, максимально возможное значение около 1В. Преимущество звуковой карты:

• они есть практически в любом компьютере;

• поддерживаются многими программами, в том числе MATLAB и Simulink.

Недостатки:

• для разных плат характеристики могут сильно отличаться;

• как измерительный прибор они не имеют класса точности;

• отсутствие внутренних схем защиты (гальванических или оптических развязок), что может привести к выходу из строя.

2. Аналоговые сигналы, снимаемые с выхода какого-нибудь из перечисленных выше генераторов, визуально контролируются на экране электронно-лучевого осциллографа. Такой контроль необходим чтобы пронаблюдать форму генерируемых сигналов и установить их параметры – амплитуду, длительность, период повторения и т.д.

3. Следующим элементом экспериментальной установки является фильтр нижних частот (ФНЧ). Это аналоговое устройство, которое обычно используется в таких схемах. Его назначение – ограничить спектр исследуемых сигналов сверху, чтобы удовлетворить условиям теоремы Котельникова. Максимальная частота квантования L-Card составляет 125 кГц, тогда, из теоремы Котельникова для восстановления сигнала без искажений спектр сигнала не должен превосходить f_гр:

(35)

По указанию преподавателя, следует спаять простейший фильтр нижних частот. Его схема приведена на рис. 6.

Рис.6. Схема фильтра нижних частот.

Нужно рассчитать значения емкости С и сопротивления R так, чтобы граничная частота фильтра удовлетворяла условию (35). Граничная частота рассчитывается как:

(36)

4. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство для превращения аналоговых сигналов в цифровые реализации, доступные обработке на компьютере. В нашей лаборатории используются АЦП фирмы L-Card типа L-761 и L-783, размещенной непосредственно в системном блоке компьютера.