Методические указания к выполнению лабораторных работ 1 страница

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

МОДУЛЯЦИЯ, ДЕТЕКТИРОВАНИЕ

(для студентов всех форм обучения специальности

050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

Согласовано: Рассмотрено и одобрено

Начальник УМО на заседании кафедры

___________О. З. Рутгайзер «Телекоммуникационные «______»___________2006г. системы»

Протокол №__ от «__»__2006г.

Заведующий кафедрой Редактор __________ С. В. Коньшин

___________Ж. М. Сыздыкова «»2006г.

«______»___________2006г. Составители (разработчики)

Специалист по стандартизации _________ Н. А. Джунусов

___________Н. М. Голева _________ Л. И. Сарженко

«______»__________2006г.

Согласовано:

Зав. каф. РТ

_________А. З. Айтмагамбетов

Зав. каф. ЭКТ

_________А. Б. Берикулы

Зав. каф. АЭС

_________А. Д. Джангозин

Алматы 2006

СОСТАВИТЕЛИ: Н. А. Джунусов, Л. И. Сарженко. Теория электрической связи. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине ТЭС (для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации). – Алматы: АИЭС, 2006 - с.

Методические указания содержат общие положения о выполнении лабораторных работ, их оформлении и защите. Приводится достаточно полная информация по лабораторному стенду, контрольно-измерительным приборам.

Описание каждой лабораторной работы содержит материал по подготовке к лабораторной работе. Каждая работа сопровождается перечнем вопросов для самопроверки.

Методические указания предназначены для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации всех форм обучения. При составлении методических указаний использована учебная методика «Degem Systems», широко практикуемая в странах Европы, Северной и Южной Америки.

Ил. 22, табл. 12, библиогр.- 3 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент С. В. Коньшин

Печатается по дополнительному плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006г.

© Алматинский институт энергетики и связи, 2006г.

Общие положения к лабораторным работам

1 Задание на выполнение соответствующей лабораторной работы студенты получают на предыдущем занятии (за 1-2 недели).

2 Студенты самостоятельно (или на консультациях) готовятся к выполнению лабораторной работы:

а) повторяют теоретический материал;

б) по описанию лабораторной работы в рабочей тетради для лабораторных работ записывают № выполняемой работы, наименование работы, таблицы (по пунктам), в которые заносятся результаты эксперимента.

3 На первом занятии студенты проходят инструктаж по технике безопасности, расписываются в журнале по ОТ и ТБ.

4 Перед выполнением экспериментальной части студенты отвечают на вопросы, получают допуск к работе.

5 Результаты эксперимента подаются на проверку и подпись преподавателю.

6 После выполнения экспериментальной части оформляется и защищается отчет каждым студентом в отдельности.

7 Если предыдущая работа не выполнена и не защищена без уважительных причин, студент к выполнению следующей работы не допускается.

8 Содержание отчета:

а) цель работы;

б) перечень приборов и оборудования;

в) электрические схемы;

г) порядок выполнения работы;

д) таблицы наблюдений и расчетов;

е) диаграммы, графики и рисунки;

ж) обработка результатов и выводы;

з) список литературы.

1 Лабораторная работа №1

Амплитудная модуляция

1.1 Цель работы: исследование режимов работы амплитудного модулятора

1.1.1 Получить навыки расчета параметров амплитудной модуляции; коэффициента модуляции М для различных значений амплитуд модулирующего сигнала.

1.1.2 Научиться строить статическую модуляционную характеристику, знать, что она оценивает.

1.1.3 Научиться анализировать временные диаграммы АМ-сигнала при различных режимах модуляции (30%, 50%, 100%, а также для режима перемодуляции).

1.2 Подготовка к работе

1.2.1 Повторить разделы «Сигналы с амплитудной модуляцией»: «Понятие несущего колебания», «Принцип амплитудной модуляции», «Однотональная амплитудная модуляция», «Энергетические характеристики АМ-сигнала», «Векторная диаграмма АМ-сигнала», «Принцип работы амплитудного модулятора» [1, с.92-98, 291-293; 2, с.107-110, 291-295; 3, с. 118-120].

1.3 Описание установки

Блок - схема установки (рисунок 1.2) состоит из:

а) генератора несущей частоты, выходное напряжение которого изменяется в пределах U_нес=0-3 В и регулируется потенциометром Р₃; частота выходного сигнала изменяется в пределах f_вч=435-477кГц и регулируется потенциометрами Р₁-грубая настройка и Р₂-точная настройка (в рабочем режиме частота указана на условном изображении генератора-OSCILLATOR (455±20)kHz);

б) АМ-модулятора, состоящего из транзистора Q₁ и буферного элемента (рисунок 1.3);

в) генератора звуковых сигналов (AUDIO генератора) с параметрами:

U _{max вых}=10 В, F_нч=10-100кГц, выходное сопротивление R_вых.=50 Ом;

г) вольтметра;

д) ВЧ вольтметра;

е) осциллографа;

ж) источника питания U=+12 В.

Генератор несущей частоты и АМ-модулятор размещены в блоке 1 UNIT COM 1/1, рисунок 1.4.

1.4 Порядок выполнения работы

Рисунки представлены в конце лабораторной работы № 1

Ознакомиться с устройствами, из которых собирается блок схема установки.

Соединить выход генератора несущего сигнала (гнездо Osc Output) с входом модулятора (гнездо Carrier in) (рисунок 3).

Соединить с выходом АМ-модулятора (гнездо AM Out) ВЧ вольтметр и осциллограф.

Медленно изменяя амплитуду на выходе ВЧ генератора (с помощью Р1, Р2 и Р3),установить на выходе АМ-модулятора сигнал, max. амплитуда которого=1 В. Полученный сигнал наблюдать на осциллографе.

Соединить AUDIO генератор с входом модулятора (гнездо Mod in) (рисунок 3).

1.4.1 Определение коэффициента модуляции

Установить на AUDIO генераторе частоту модулирующего сигнала F_нч=1кГц с помощью кнопок и ручки умножителя частоты (при этом ручка АМПЛИТУДА находится в крайнем левом положении). Меняя амплитуду модулирующего сигнала (медленным поворотом ручки АМПЛИТУДА вправо), наблюдать за формой модулированного сигнала на осциллографе и амплитудой модулированного сигнала на ВЧ вольтметре.

Соединить вольтметр с выходом НЧ генератора (гнездо Mod in). Установить на НЧ генераторе амплитуду U_мод=0,1 В. Изменять частоту модулирующего сигнала F_нч в пределах от 20 кГц до100Гц, при этом измерять по осциллограмме (рисунок 1.4) U_max и U_min-амплитуды модулированного сигнала на каждой частоте (на ВЧ генераторе при проведении эксперимента поддерживать напряжение и частоту постоянными U_нес=2 В потенциометром Р3; f_вч=455кГц±20кГц=const). Результаты измерений записать в таблицу 1.1. Определить коэффициент модуляции М по формуле

М=(U_max- U_min) ⁄ (U_max+ U_min)

и результаты записать в таблицу.

Повторить эксперимент для U_мод, указанных в таблице.

Рисунок 1.1 - Временная диаграмма (осциллограмма) АМ – сигнала

Таблица 1.1

Fнч, Гц
Uмод1, В	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Umax, В
Umin, В
Коэф. М
Uмод2, В	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Umax, В
Umin, В
Коэф. М
Uмод3,В	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Umax, В
Umin, В
Коэф. М

1.4.2 Получение модуляционной характеристики

Установить на AUDIO генераторе частоту модулирующего сигнала F_нч1=1кГц. Меняя напряжение модулирующего сигнала U_мод таким образом, чтобы коэффициент модуляции изменялся в пределах от 20% до 100%, измерять амплитуду модулирующего сигнала. Повторить эксперимент для частоты модулирующих сигналов F_нч2=100Гц и F_нч3=10кГц (на ВЧ генераторе при проведении эксперимента поддерживать напряжение и частоту постоянными U_нес=2 В потенциометром Р3; f=455 кГц ±20кГц=const). Результаты измерений записать в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

F_нч1=1кГц

Коэф. М
Uмод, В

F_нч2=100Гц

Коэф. М
Uмод, В

F_нч3=10кГц

Коэф. М
Uмод, В

1.4.3 Получение режима перемодуляции

Установить на AUDIO генераторе частоту модулирующего сигнала F_нч=1кГц. Увеличить амплитуду модулирующего сигнала U_мод так, чтобы коэффициент модуляции был равен 30%, 50%, 100%, а затем превысил 100%. Зарисовать формы полученных сигналов, указав для каждой осциллограммы параметры U_нес, f_вч, U_мод, F_нч.

1.5 Обработка результатов

1.5.1 Построить графикПо результатам таблицы 1.1 построить графики зависимости коэффициента модуляции М от частоты модулирующего сигнала F_нч для различных значений амплитуд модулирующего сигнала U_мод. Сделать выводы.

1.5.2 Построить графикПо результатам таблицы 1.2 построить графики статической модуляционной характеристики, устанавливающие связь между коэффициентом модуляции М и амплитудой модулирующего сигнала U_мод, для трех значений частот модулирующих сигналов F_нч. Сделать выводы.

1.6 Выводы

1.6.1 Сравнить значения коэффициентов модуляции М при различных значениях частоты и различных амплитудах модулирующего сигнала U_мод.

1.6.2 УказатьИзобразить на графике вид теоретической статической модуляционной характеристики и, сравнив ее с полученной на практике, указать причины возможных искажений.

1.6.3 Указать при каких соотношениях между параметрами несущего и модулирующего сигналов наблюдается явление перемодуляции.

1.7 Контрольные вопросы

1.7.1 Что называется амплитудной модуляцией?

1.7.2 Для каких целей используется модуляция в системах связи?

1.7.3 Какими параметрами принято характеризовать глубину амплитудной модуляции?

1.7.4 В каком соотношении обычно находятся между собой частоты несущего и модулирующего колебаний?

1.7.5 Какова причина искажений сообщения, наблюдаемых при перемодуляции?

1.7.6 По значениям U_нес, f_вч, U_мод, F_нч, М из пункта 1.4.1 записать аналитическое выражение модулированного сигнала.

1.7.7 Каковы спектры сигналов на входе и выходе модулятора? Показать построение спектров для значений U_нес, f_вч, U_мод, F_нч, М, заданных преподавателем.

1.7.8 Каков принцип построения векторной диаграммы АМ-сигнала? Показать построение векторной диагрммы для значений U_нес, f_вч,, F_нч, М, ω₀, Ω, заданных преподавателем.

1.7.9 Как по временной диаграмме определить коэффициент модуляции?

1.7.10 Где сосредоточена основная мощность АМ-сигнала?

  1 (Carrier in)-вход для генератора несущей частоты 2 (Mod in)-вход для генератора звуковых сигналов 3 (AM Out)-выход амплитудно модулированного сигнала Рисунок 1.3 - Схема электрическая принципиальная АМ-модулятора  

Рисунок 1.4 - Блок СОМ 1/1

2 Лабораторная работа № 2

Детектирование амплитудно-модулированных колебаний

2.1 Цель работы: исследование режимов работы несинхронного демодулятора (детектора огибающей) и синхронного демодулятора.

2.1.1 Исследовать частотную характеристику несинхронного демодулятора.

2.1.2 Научиться строить и анализировать демодуляционную характеристику несинхронного демодулятора.

2.1.3 Научиться анализировать временные диаграммы выходного сигнала несинхронного демодулятора при различных режимах модуляции (30%, 50%, 100%, а также для режима перемодуляции).

2.1.4 Научиться анализировать временные диаграммы выходного сигнала в различных точках схемы синхронного демодулятора.

2.2. Подготовка к работе

2.2.1 Повторить разделы «Принцип детектирования АМ-сигналов», «Диодный детектор АМ-сигналов», «Синхронное детектирование» [1, с. 294-298; 2, с. 299-301; 3, с. 239-248].

2.3 Описание установки

Блок-схема установки (рисунок 2.1) состоит из:

а) генератора несущей частоты, выходное напряжение которого изменяется в пределах U_нес=0-3 В, частота выходного сигнала изменяется в пределах f_вч=435-477кГц;

б) АМ-модулятора, состоящего из транзистора Q₁ и буферного элемента (рисунок 2.2);

в) генератора звуковых сигналов (AUDIO генератора) с параметрами:

U _{max вых}=10 В, F_нч=10-100кГц, выходное сопротивление R_вых.=50 Ом;

г) вольтметра;

д) ВЧ вольтметра;

е) осциллографа;

ж) детектора огибающей, состоящего из диода D1 и фильтра низких частот (рисунок 2.2);

3) синхронного демодулятора, содержащего транзистор Q2, конденсаторы и резисторы (рисунок 2.3);

и) источника питания U=+12 В.

Генератор несущей частоты, АМ-модулятор и синхронный детектор размещены в блоке 1 UNIT COM 1/1.

Несинхронный демодулятор (детектор огибающей) размещен в блоке 2 UNIT COM 1/3.

2.4 Порядок выполнения работы

Рисунки представлены в конце лабораторной работы № 2

Собрать схему для получения АМ-сигнала-см. Лабораторную работу №1.

2.4.1 Исследование частотной характеристики несинхронного демодулятора.

Соединить канал А осциллографа с выходом АМ-модулятора (гнездо AM Out). Сигнал, полученный в АМ-модуляторе при входном модулирующем напряжении U_мод., обеспечивающем коэффициент модуляции М=30%, с частотой F_нч=1кГц, подать на вход несинхронного демодулятора (вход диода D1-рисунок 2.2). Присоединить к выходу демодулятора (гнездо «AUDIO OUT») вольтметр и канал Б осциллографа. Наблюдать форму полученного сигнала. Изменяя частоту модулирующего напряжения F_нч от 100Гц до 1000Гц, измерить амплитуду выходного сигнала демодулятора (на ВЧ генераторе при проведении эксперимента поддерживать напряжение и частоту постоянными U_нес=2 В потенциометром Р3; f=455 кГц ±20кГц=const). Результаты измерений записать в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Fнч, Гц
Uдм, В

2.4.2 Получение демодуляционной характеристики

На вход модулятора подать напряжение с частотой F_нч1=1кГц. Изменять амплитуду модулирующего сигнала таким образом, чтобы коэффициент модуляции изменялся в пределах от 20 до 100% (см. п.1.4.2 Лабораторной работы № 1). При этом измерять амплитуду сигнала на выходе демодулятора U_дм. Повторить эксперимент для частот модулирующих сигналов F_нч2=100Гц и F_нч3=10кГц (на ВЧ генераторе при проведении эксперимента поддерживать напряжение и частоту постоянными U_нес=2 В потенциометром Р3; f=455 кГц ±20кГц=const). Результаты измерений записать в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

F_нч1=1кГц

Коэф. М
Uдм, В

F_нч2=100Гц

Коэф. М
Uдм, В

F_нч3=10кГц

Коэф. М
Uдм, В

2.4.3 Наблюдение демодуляции сверхмодулированных АМ-сигналов

На вход модулятора подать модулирующее напряжение U_мод с частотой F_нч=1кГц. Изменяя амплитуду модулирующего сигнала получить перемодуляцию АМ-сигнала. Наблюдать и зарисовать форму сигнала на выходе демодулятора.

2.4.4 Исследование режимов работы синхронного АМ-демодулятора

Присоединить канал Б осциллографа и вольтметр к выходу синхронного демодулятора (гнездо Audio Out синхронного АМ-демодулятора-см. рисунок 2.3). Технически это осуществляется присоединением к спайке R8-C5. Соединить вольтметр с выходом НЧ генератора (гнездо Mod in АМ-модулятора). Сигнал с выхода АМ-модулятора при входном модулирующем напряжении U_мод, обеспечивающем 30% модуляцию с частотой 1 кГц подать на вход синхронного демодулятора. Технически это осуществляется присоединением перемычкой выхода АМ-модулятора к коллектору Q2 (спайка R7-R8). Измерить амплитуду напряжения на выходе синхронного детектора и зарисовать форму полученного сигнала.

Отсоединить выход АМ-модулятора от спайки R7-R8 и присоединить выход АМего к конденсатору С3. Измерить амплитуду напряжения на выходе синхронного детектора и зарисовать форму полученного сигнала. Присоединить канал Б осциллографа к спайке R7-R8 и также зарисовать форму полученного сигнала. Сравнить формы кривых в двух случаях.

2.5 Обработка результатов

2.5.1 По результатам таблицы 2.1 построить график зависимости демодулированного напряжения от частоты модулирующего сигнала F_нч. Сделать выводы.

2.5.2 По результатам таблицы 2.2 демодуляционную характеристику (зависимость демодулированного напряжения от коэффициента модуляции) несинхронного модулятора для различных значений частоты модулирующего колебания. Сделать выводы.

2.6 Выводы

2.6.1 Как зависит амплитуда демодулированного напряжения от частоты модулирующего сигнала F_нч?

2.6.2 Зависит ли демодуляционная характеристика несинхронного модулятора от различных значений частоты модулирующего колебания?

2.6.3 Изменяется ли осциллограмма демодулированного напряжения, полученного на выходе синхронного детектора, от точки подключения модулированного сигнала (спайки R7-R8 и конденсатора С3)?

2.7 Контрольные вопросы

2.7.1 Что называется детектированием?

2.7.2 Как изображается схема амплитудного диодного детектора?

2.7.3 Как изображается схема синхронного (коллекторного) амплитудного детектора?

2.7.4 Какими параметрами характеризуется любой детектор?

2.7.5 Что можно определить по частотной характеристике детектора?

2.7.6 Что показывает демодуляционная (детекторная) характеристика детектора, как на ней выбирается рабочий участок?

2.7.7 Чему равен коэффициент передачи детектора для гармонического модулирующего сигнала, как его определить по детекторной характеристике?

2.7.8 Каковы спектры сигналов на входе и выходе детектора?

2.7.9 Как должна быть аппроксимирована вольт-амперная характеристика транзистора синхронного детектора при детектировании слабых сигналов?

2.7.10 Какую аппроксимацию должна иметь вольт-амперная характеристика диода несинхронного детектора при детектировании достаточно сильных входных сигналов?

    +12В +12В +12В     Генератор ВЧ U_нес Модулятор АМ U_АМ Детектор U_ДМ Р₁ Р2 455±20kHz Р3 V_нес V_АМ V_ДМ   V_мод     Генератор звуковых сигналов   +12В

Рисунок 2.1 - Блок-схема установки для детектирования амплитудно-модулированного сигнала

2 UNIT COM1/3

R16

3 Audio Out

C8

C7

R13

R15

D1

1 AM Modulator In Init COM-1/1

1 Ам-модулятор в блоке СОМ 1/1

2 Блок СОМ 1/3

3 Выходной сигнал с огибающего демодулятора (детектора)

Рис. 2.2 - Схема электрическая принципиальная диодного огибающего демодулятора (детектора)

		R8
		R6

		3 Audio Out
		R5
		C5
		Q2

1 АМ-модулятор

2 Выход АМ-модулятора

3 Выходной сигнал с синхронного демодулятора (детектора)

C4

С4

Рис.2.3 - Схема электрическая принципиальная синхронного АМ-демодулятора

Дата добавления: 2014-12-07