МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учреждение образования
«ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ»
Кафедра радиосвязи и радиовещания
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРА АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Методические указания к лабораторной работе
по дисциплине
«ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ»
для студентов специальностей
2-45 01 02 – Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения
2-45 01 03 – Сети телекоммуникаций
Минск
2011
УДК 621.3
ББК 32.88
И85
Рекомендовано к изданию
кафедрой радиосвязи и радиовещания
24 февраля 2011 г., протокол № 7
Составители:
, преподаватель 1 категории
кафедры радиосвязи и радиовещания;
, преподаватель высшей категории
кафедры радиосвязи и радиовещания
Рецензент
, зав. кафедрой радиосвязи и радиовещания,
доцент, канд. техн. наук
И85 | Исследование детектора амплитудно-модулированных сигналов по дисциплине «Теория электрической связи»: методические указания к лабораторной работе для студентов специальностей 2-45 01 02 – Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения, 2-45 01 03 – Сети телекоммуникаций. / сост. , . – Минск : УО ВГКС, 2011. – 14 с. Приведены указания по выполнению лабораторной работы, содержащие вопросы для самопроверки, контрольные вопросы, порядок выполнения работы, краткие теоретические сведения, иллюстративный материал, задания к зачету, литературу. Предназначено для студентов и преподавателей колледжа. УДК 621.3 ББК 32.88 |
© Учреждение образования
«Высший государственный
колледж связи», 2011
Цели работы: исследовать процесс детектирования АМ сигнала; исследовать временные диаграммы сигналов на различных этапах процесса детектирования; исследовать спектры на входе и выходе АД.
Подготовка к выполнению работы
1 Изучить по [1], [2] и [3] основные теоретические положения, касающиеся демодуляции сигналов.
2 Изучить по [3] схему электрическую принципиальную, параметры и режимы работы детектора амплитудно-модулированных сигналов.
3 В схеме диодного детектора АМ применен диод с крутизной вольт-амперной характеристики S = 10 мА/В. Согласно исходным данным (таблица 1) рассчитайте значения емкости конденсатора СН и определите коэффициент передачи детектора.
Таблица 1 – Исходные данные
Номер варианта | RH, кОм | f0, кГц | Fмакс, кГц | Номер варианта | RH, кОм | f0, кГц | Fмакс, кГц |
1 | 10 | 1000 | 15 | 16 | 17 | 1200 | 15 |
2 | 5 | 500 | 3 | 17 | 15 | 600 | 30 |
3 | 12 | 2000 | 6 | 18 | 2 | 700 | 10 |
4 | 6 | 900 | 5 | 19 | 22 | 1900 | 22 |
5 | 15 | 1100 | 18 | 20 | 23 | 2100 | 8 |
6 | 20 | 200 | 5 | 21 | 14 | 1200 | 9 |
7 | 8 | 400 | 3 | 22 | 5 | 300 | 18 |
8 | 14 | 800 | 5,5 | 23 | 4 | 700 | 5 |
9 | 16 | 1300 | 9 | 24 | 30 | 900 | 19 |
10 | 11 | 1500 | 6 | 25 | 19 | 800 | 6 |
11 | 7 | 1400 | 10 | 26 | 20 | 2300 | 12 |
12 | 25 | 2200 | 6 | 27 | 21 | 1600 | 15 |
13 | 13 | 2000 | 7 | 28 | 17 | 1500 | 19 |
14 | 4 | 1700 | 14 | 29 | 6 | 2200 | 20 |
15 | 13 | 2300 | 16 | 30 | 8 | 1800 | 18 |
4 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.
Вопросы для самопроверки
1 Поясните, что такое детектирование.
2 Перечислите параметры детектора.
3 В каких режимах может работать амплитудный детектор?
4 Укажите назначение нелинейного элемента в составе детектора.
5 В чем особенность амплитудного детектора (АД)?
6 Что влияет на выбор параметров радиокомпонентов АД?
7 По какому принципу классифицируются основные схемы АД?
8 Что происходит со спектром модулированного сигнала при детектировании?
9 Что влияет на выбор параметров нагрузки детектора АМ сигналов?
10 Чему равен угол отсечки в АД?
11 Как обеспечить линейный режим детектирования?
12 Как аппроксимируется ВАХ диода АД в режиме малого сигнала?
13. Как определить коэффициент передачи АД в разных режимах?
14 Приведите структурную схему АД.
Аппаратное и программное обеспечение
1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).
2 Графический манипулятор мышь.
3 Программа Electronics Workbench 5.12.
Порядок выполнения работы
1 Ответить на вопросы программированного допуска.
2 Получить инструктаж по технике безопасности.
ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.
3 Включить персональный компьютер, наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.
4 Открыть программу Electronics Workbench 5.12 согласно каталогу D:\Work\EWB512\WEWB32.exe. Получить изображение стандартного окна программы.
5 Собрать схему электрическую функциональную исследования АД (рисунок 1) для этого:
Рисунок 1 – Схема электрическая функциональная АД
5.1 Поместить радиокомпоненты на белый лист рабочего поля. Нажимать левую клавишу манипулятора мышь на изображения радиокомпонентов панели инструментов. Перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпускать левую клавишу манипулятора мышь в нужном месте белого листа рабочего поля.
5.2 Соединить радиокомпоненты согласно схеме. Для их соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения.
5.3 Установить значения резисторов R1 – 100 кОм, V1– 3В/100кГц/1кГц. Значения коэффициента амплитудной модуляции m приведены в таблице 2 согласно варианту.
Таблица 2 – Значения коэффициента амплитудной модуляции
Вариант | m | Вариант | m | Вариант | m |
1 | 0,4 | 11 | 0,75 | 21 | 0,7 |
2 | 0,7 | 12 | 0,9 | 22 | 0,3 |
3 | 1 | 13 | 0,7 | 23 | 0,8 |
4 | 0,65 | 14 | 0,45 | 24 | 0,95 |
5 | 0,8 | 15 | 0,5 | 25 | 1 |
6 | 0,75 | 16 | 0,85 | 26 | 0,9 |
7 | 0,9 | 17 | 0,4 | 27 | 0,65 |
8 | 0,5 | 18 | 0,65 | 28 | 0,45 |
9 | 0,3 | 19 | 0,8 | 29 | 0,75 |
10 | 0,45 | 20 | 1 | 30 | 0,5 |
6 Исследовать процесс детектирования АМ сигнала, для этого:
6.1 Разомкнуть переключатель S1, для этого нажать на клавишу «Пробел» (Space).
6.2 Включить режим анализа схемы, щёлкнув манипулятором мышь на изображение переключателя Й, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.
6.3 Щёлкнуть два раза на изображение осциллографа, увидеть временные диаграммы входного и выходного сигнала на экране осциллографа. Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм.
6.4 Щёлкнуть изображение Expand осциллографа. Наблюдать временные диаграммы сигналов на расширенном экране.
6.5 Выделить один из сигналов, например входной, другим цветом. Для этого два раза щелкнуть левой клавишей манипулятора мышь на линию и в раскрывшемся окне выбрать другой цвет ( рисунок 3).
Рисунок 3 – Выделение входного сигнала другим цветом
6.6 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллогрфа переключателем «Время на деление» (Time base) время, соответствующее наблюдению двух – четырех периодов модулирующего сигнала.
6.7 Установить переключателем «Вольт на деление» (V/div) масштаб по оси амплитуд для двух каналов осциллографа 10 В/дел.
6.8 Разместить входную осциллограмму над выходной щелчками манипулятора мышь на кнопки двух каналов Y position осциллографа. Зарисовать временные диаграммы сигналов в отчёт в одинаковом масштабе.
6.9 Измерить период огибающей АМ сигнала на входе АД. Записать значение периода в отчет. Рассчитать частоту огибающей, записать в отчет.
6.10 Измерить период несущего колебания АМ сигнала на входе АД. Для этого необходимо изменить масштаб по оси времени переключателем «Время на деление» (Time base), обеспечив наблюдение двух-четырёх периодов несущего.
Записать значение периода в отчет. Рассчитать частоту несущей, записать в отчет.
6.11 Замкнуть переключатель S1, для этого нажать на клавишу «Пробел» (Space).
6.12 Проделать п. п.6.2 – 6.8.
6.13 Измерить период сигнала на выходе АД. Записать значение периода в отчет. Рассчитать частоту выходного сигнала, записать в отчет.
6.14 Измерить минимальный размах напряжения входного сигнала. Для этого установить визирные линии на минимальное значение амплитуды сигнала согласно рисунка 4. Записать минимальное значение Umin в отчёт.
Рисунок 4 – Измерение минимального размаха АМ сигнала
6.15 Измерить максимальный размах напряжения входного сигнала. Для этого установить визирные линии на минимальное значение амплитуды сигнала согласно рисунка 5. Записать максимальное значение Umax в отчёт.
Рисунок 5 – Измерение максимального размаха АМ сигнала
6.16 Измерить размах выходного сигнала. Для этого установить курсор манипулятора мышь на красном треугольнике 1 и, нажав клавишу манипулятора, перемещать визирную линию на минимальное значение амплитуды исследуемого сигнала. Записать минимальное значение амплитуды выходного сигнала VВ1 в отчёт. Измерить максимальное значение сигналов, используя указанную выше методику для синей визирной линии 2. Записать максимальное значение амплитуды выходного сигнала VВ2 в отчёт. Записать значение размаха напряжения выходного сигнала в отчёт.
7 Исследовать спектры на входе и выходе АД, для этого:
7.1 Разомкнуть переключатель S1, для этого нажать на клавишу «Пробел» (Space).
7.2 Нажать левой клавишей манипулятора мышь на изображение меню Circuit, а затем на указатель функции «параметры схемы» Schematic Options.
7.3 Установить параметр электрической схемы, показывающий номер электрического соединения (контрольной точки). Для этого нажать левой клавишей манипулятора мышь на пустом квадратике напротив надписи Show nodes. Определить номера входной и выходной контрольных точек для исследования спектра.
Примечание: персональный компьютер устанавливает контрольные точки на схеме в случайном порядке, поэтому для каждого рабочего места нумерация точек на схеме может быть различной.
Например, на рисунке 6 показана схема, в которой номер входной контрольной точки соответствует 1, а номер выходной контрольной точки – 2.
Рисунок 6 – Схема электрическая функциональная исследуемого амплитудного детектора с указанием
номеров контрольных точек
7.3 Нажать левой клавишей манипулятора мышь сначала изображение 0, а затем I переключателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов. Подождать несколько секунд. Отключить формирование сигнала, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение 0 в правом верхнем углу окна.
7.4 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Analysis вверху окна, а затем анализ спектра Fourier в раскрывшейся таблице.
7.5 Задать параметры анализа спектра: Output node – номер входной контрольной точки, в которой исследуется спектр; Fundamental frequency – частота модулирующего сигнала; Number harmonics – количество гармоник – 240; Vertical scale – масштаб по вертикали, линейный – linear.
7.6 Нажать функцию Simulate и подождать появления спектральных диаграмм амплитуд. Установить развёрнутый вид появившегося маленького окна, нажав левой клавишей манипулятора мышь функцию (развернуть) в правом верхнем углу окна.
7.7 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Toggle Cursors в правом верхнем углу окна. Измерить амплитуды спектральных составляющих с помощью визирных линий и таблицы. Визирную линию перемещать за чёрный треугольник вверху её на спектральную составляющую согласно методике пункта 6.16. Записывать значение х1 – частоты, у1 – амплитуды спектральной составляющей из таблицы Magnitude, V в отчёт.
7.8 Зарисовать спектральные диаграммы (амплитуд) в отчет, указав значения амплитуд и частот всех спектральных составляющих. Сделать выводы.
7.9 Получить спектральные диаграммы (амплитуд) на выходе нелинейной цепи с разомкнутым и замкнутым переключателем S1, проделав п. п. 7.4 – 7.8.
Примечание: при построении спектральных диаграмм выходного сигнала необходимо задавать в окне Output node – номер выходной контрольной точки.
7.10 Спектральные диаграммы зарисовать в отчёт. Сделать выводы.
8 Показать результаты выполнения работы преподавателю.
9 Сделать выводы.
10 Выключить оборудование.
11 Составить отчёт по работе.
Содержание отчета
1 Наименование и цель лабораторной работы.
2 Аппаратное и программное обеспечение лабораторной работы.
3 Схема электрическая функциональная АД.
3 Результаты измерений, расчетов, наблюдений п. п. 6 – 7.
4 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).
Контрольные вопросы
1 Поясните схему исследования АД рисунок 1.
2 Что определяет при работе АД постоянная времени ф = Rн*Сн? Поясните роль «следящего» (Сн) конденсатора.
3 Чем вызвано появление нелинейных искажений на выходе АД?
4 Как скажется на работе АД изменение направления включения диода?
5 В схеме АД вместо Сн = 100пФ применили конденсатор в 10 раз большей емкости. Как это повлияет на качество детектирования?
6 Присутствует ли несущее колебание на выходе АД?
7 Поясните характеристику детектирования Uo=f(m).
8 Каков спектральный состав сигнала в контрольной точке Х9 макета (рисунок 1)?
9 Как определить коэффициент передачи АД по напряжению?
10 Как определить входное сопротивление детектора?
Содержание зачета
Студент должен знать ответы на контрольные вопросы; уметь проводить измерения, предусмотренные заданиями работы, анализировать результаты измерений.
Литература
1 Комаров электрической связи : конспект лекций. В 3 ч. Часть 3. . — Минск : ВКС, 2000. — C. 60 – 82.
2 Панфилов, электрической связи / , . – М. : Радио и связь, 1991. – C. 239 – 257.
3 Шинаков, передачи сигналов электросвязи/ , . – М. : Радио и связь, 1989. – С. 76 – 82.
Учебное издание
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРА АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Методические указания к лабораторной работе
по дисциплине
«ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ»
для студентов специальностей
2-45 01 02 – Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения
2-45 01 03 – Сети телекоммуникаций
Составители:
Редактор
Компьютерная верстка
План 2010/2011 уч. г., поз. 20
Подписано в печать Формат 60*84/16.
Бумага офсетная. Гарнитура «Times».
Печать цифровая.
Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. .
Тираж 50 экз. Заказ.
Издатель и полиграфическое исполнение:
учреждение образования
«Высший государственный колледж связи»
ЛИ .
Ул. Ф. Скорины, 8/2, 220114, Минск
