Лабораторная работа № 8 прохождение модулированных колебаний через узкополосные цепи

1. Цель работы

Изучение возможных искажений при передаче амплитудно-модулированных колебаний и сигналов с угловой модуляцией, манипуляцией через резонансные цепи. В отличие от предыдущих работ здесь исследования ведутся как на компьютерных моделях, так и на лабораторном стенде при передаче сигналов через резонансный усилитель (с одиночным и со связанным контурами), а также через активный полосовой фильтр.

Литература: [1, с.184…202; 2, с. 229…246; 6, с. 98…109;

9, с. 52…55; 12, с. 198…219].

2. Домашняя работа а. Подготовка к лабораторной работе

2.1. Изучите теорию исследуемых вопросов по указанной литературе и по прил. П8.1.

2.2. Рассчитайте и постройте АЧХ и ФЧХ резонансного усилителя (с одиночным контуром) с заданными f_р, Q и K_МАКС (табл. П8.1). Рассчитайте и постройте также функцию демодуляции для однотонального АМК, прошедшего через этот усилитель. Коэффициент модуляции М, частота F модулирующего сигнала (частота f₀ = f_р) заданы в табл.П8.1.

2.3. Рассчитайте и постройте отклики а₁(t) и а₂ (t) резонансного усилителя с одиночным контуром, использованным в предыдущем пункте, при передаче через него фазоманипулированного колебания (ФМПК) с заданными параметрами (табл. П8.2). По найденным откликам получите и изобразите выходное напряжение усилителя.

Б. Обработка результатов лабораторной работы

и составление отчета

2.4. Изобразите схему резонансного усилителя и запишите её передаточную функцию. Приведите результаты домашней работы, полученные в пп. 2.2 и 2.3.

2.5. Приведите в отчете (по ходу выполнения работы) распечатки с экрана, прото-

колы наблюдений, измерений, таблицы и т.п., полученные в компьютерной лаборатории. Также по ходу работы выполните необходимые расчеты и построение графиков, осциллограмм, проведите анализ и обоснование полученных результатов.

2.6. В заключительной части отчета перечислите обнаруженные искажения модулированных колебаний, укажите причины их появления и дайте рекомендации по исключению или снижению этих искажений.

3. Работа в компьютерном классе

Для выполнения лабораторной работы имеется компьютерный (программный) генератор следующих модулированных колебаний.

 Однотональное амплитудно-модулированное колебание (АМК) с переменными: коэффициентом модуляции М, частотами f₀ - несущего колебания и F - модулирующего сигнала.

Радиоимпульсы (РИ) с прямоугольной огибающей, переменные: частота заполнения f₀, число периодов в импульсе N, период повторения радиоимпульсов T_П.

 Однотональное частотно-модулированное колебание (ЧМК) с переменными параметрами: f₀, f, B (или индекс модуляции m и девиация частоты f_д).

 Фазоманипулированное колебание (ФМПК), переменные: частота заполнения f₀, длительность t_И и период T_П управляющего прямоугольного сигнала.

 Частотно-манипулированное колебание (ЧМПК) с опорной частотой f₀=f_p и с манипулируемыми частотами f₁ и f₂.

 Линейно-частотное модулированное колебание (ЛЧМ) с изменяющейся длительностью (периодом) t_И =T модулирующего пилообразного сигнала и двойной девиацией частоты 2f_д .

В компьютере заложены модели следующих узкополосных фильтров.

 Параллельный колебательный контур с изменяющейся добротностью и резо-нансной частотой, фильтру присвоен номер 1М.

 Связанные колебательные контуры с фактором связи А = var (фильтр 2М).

 Полосовой фильтр с изменяющейся полосой пропускания и центральной час-тотой f_Ц (фильтр 3М).

Радиотехнический стенд содержит следующие реальные устройства, исполь-зуемые в этой лабораторной работе.

 Линейный резонансный усилитель (точнее, нелинейный резонансный усили-тель в линейном режиме) с нагрузкой в виде одноконтурного резонансного фильт-ра (f_p = 100кгц) и двух связанных контуров с регулируемым фактором связи Ає (0…2). Фильтры имеют номера 1Ф и 2Ф.

 Активный полосовой фильтр с центральной частотой f_Ц = 100 кгц, номер фильтра 3Ф.

А. Амплитудно-модулированные (манипулированные) колебания

3.1. Для заданных параметров фильтров (табл. П8.1) получите АЧХ и ФЧХ трех узкополосных фильтров: одиночного контура (1М) двух связанных контуров (2М) и полосового фильтра (3М). Получите распечатки этих характеристик.

3.2. Пропустите через фильтры 1М и 2М (поочередно) однотональное АМК с заданными параметрами (табл. П8.2), причем f₀=f_р, сравните спектры входного и выходного колебания, измерьте М_ВЫХ и оцените относительное изменение коэффициента модуляции в обоих случаях.

Пропустите теперь тот же сигнал через фильтр 1М, причем f₀  f_p (см. табл. П8.1). Попытайтесь обнаружить по осциллограмме и спектрограмме выходного сигнала эффект паразитной угловой модуляции. Материалы наблюдений и результат (вывод) отразите в отчете.

3.3. Выполните передачу заданного радиоимпульса (табл. П8.1) через фильтры 1М и 3М при f₀ = f_p = f_Ц. измените добротность в фильтре 1М и убедитесь в изменении огибающей выходного радиоимпульса. Распечатайте результат. При оформлении отчета свяжите скорость роста огибающей выходного сигнала с добротностью фильтра.

3.4. Измените f₀ в соответствии с табл. П8.1 с тем, чтобы f₀  f_p, и пропустите радиоимпульс через 1М. Измерьте частоту биения в огибающей выходного радиоимпульса и свяжите ее с частотой рассогласования f =  f₀ - f_p .

3.5. Подключите радиотехнический стенд к компьютеру. Программно управляя адаптером, вставленным в системную шину ПЭВМ , получите АЧХ и ФЧХ реальных фильтров 1Ф, 2Ф и 3Ф. Распечатайте полученные характеристики.

3.6. Выполните передачу исследованного в п. 3.2 АМК через реальные фильтры 1Ф и 2Ф при f₀ = f_Р . Оцените изменение коэффициента модуляции в выходном сигнале. Сравните результаты с п 3.2, объясните возможные расхождения.

3.7. Пронаблюдайте воздействие радиоимпульса на связанные контуры (фильтр 2Ф) при совпадающих и несовпадающих частотах f₀ и f_Р , а также при изменении связи А. При составлении отчета приведите обсуждение этих наблюдений.

Б. Колебания с угловой модуляцией (манипуляцией)

3.8. Изучите воздействие заданного ФМПК (табл. П8.2) на фильтр 1М при f₀ =f_Р и

f₀  f_Р . Последний вариант выведите на принтер. При исследованиях получите отдельно реакции фильтра а₁(t) и а₂(t), а затем их сумму (см. прил. П8.1). Зафиксируйте момент времени t₀ изменения фазы в выходном колебании и сравните его с вычисленными по параметрам фильтра.

3.9. Пропустите однотональный ЧМК (табл. П8.2)через фильтр 1М и получите эффект паразитной амплитудной модуляции. Измерьте коэффициент этой модуляции.

3.10. Исследуйте прохождение ЧМПК (табл. П8.2) через фильтр 1М. Получите отдельно отклики фильтра на радиоимпульсы с частотой f₁ и f₂, а затем их сумму. При составлении отчета дайте расшифровку суммарной осциллограммы.

Получите спектрограмму ЧМПК на входе и выходе фильтра. При составлении отчета проведите их обсуждение.

3.11. Исследуйте прохождение ЛЧМ - сигнала на фильтр 1М при двух значениях длительности пилообразного импульса (Т₁ или Т₂) (табл. П8.2). Сравните огибающую выходного ЛЧМ - сигнала с АЧХ фильтра 1М. Распечатайте данные экрана.

Пропустите ЛЧМ колебание через реальные фильтры 1Ф, 2Ф при одном из значений длительности импульса (Т₁ или Т₂). Сравните отклики этих фильтров (точнее огибающие откликов) с их АЧХ (см.П3.5).

В отчете отметьте обнаруженные искажения в выходном ЛЧМ - сигнале. Измерьте частоту биений и свяжите ее с параметрами сигнала и фильтра.