Учебка / Фриск том 1

120	Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ

Ðèñ. 3

В появившемся окне Micro-Cap 8.1.0.0 Evaluation Version (рис. 3) собрать схему для построения АМ-сигнала (рис. 2).

4.2Сборка схемы

4.2.1Ввод источника косинусоидального напряжения

Ввести источник напряжения с амплитудой Um = 1 Â (VA = 1) и рабочей частотой f = 20 кГц (F0 = 20k), имитирующий низкочастотный модулирующий сигнал.

Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите Voltage Source (ðèñ. 4).

Курсор примет форму графического изображения источника. Поместите его на рабочее окно так, как показано на рис. 5.

Ðèñ. 4

Ðèñ. 5

Лабораторная работа ¹ 8	121

Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Voltage Source. Введите в окне Value следующие данные источника

DC 0 AC 1 0 Sin 0 1 20k 0 0 90 (ðèñ. 6).

Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появиться окно Plot с косинусоидальной зависимостью напряжения источника от времени (рис. 7).

Ðèñ. 6

Ðèñ. 7

122 Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ

Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть. Нажмите кнопку ÎÊ (ðèñ. 6).

4.2.2 Ввод амплитудного модулятора

Откроите меню Component\Analog Primitives\Macros и выберите команду

AM (ðèñ. 8).

Ðèñ. 8

Курсор примет форму модулятора (слева вход для низкочастотного модулирующего сигнала, с права выход для АМ-сигнала). Поместите его на рабо- чее окно, возле источника и щелкните левой кнопкой мыши. Появится окно AM: Amplitude Modulator Macro (ðèñ. 9).

Ðèñ. 9

Ðèñ. 11

Ðèñ. 12

Лабораторная работа ¹ 8	123

 îêíå Value введите значение частоты несущего колебания 1Meg, установите галочку у Show. Введите остальные параметры модулятора. Установите их такими, как показано на рис. 9. Нажмите кнопку OK.

4.2.3 Ввод земли

Откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors и выберите землю

Ground (ðèñ. 10).

Установите землю, снизу от источника V1 (ðèñ. 11).

Ðèñ. 10

4.2.4 Ввод проводников

Соедините все элементы проводниками. Для этого нажмите на кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode и, удерживая левую кнопку мыши, «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов (рис. 12).

В случае возникновении проблем загрузите с

сайта поддержки учебного процесса (http://frisk.newmail.ru/) файл L8_1.CIR (File\Open...) (ðèñ. 13).

Ðèñ. 13

124Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ

4.3Построение АМ-сигнала при различных коэффициентах модуляции

4.3.1 Построение АМ-сигнала при малом коэффициенте модуляции

Убедитесь, что введены все элементы правильно.

Пронумеруйте узлы, нажмите кнопку нумерации узлов Node Numbers. Добавьте необходимые текстовые пояснения (рис. 14).

Ðèñ. 14

Получите зависимость АМ-сигнала от времени. Для этого в меню Analysis выберите команду Transient... (ðèñ. 15).

Ðèñ. 15

На экране появиться окно Transient Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемых графиков так, как показано на рис. 16.

Time Range — 150u интервал времени (150 мкс).

Maximum Time Step — 0.001u максимальный временной шаг (0,001 мкс). X Range è Y Range — Auto автоматическое масштабирование.

P — 1 номер окна в котором будет построен график. X Expression — t аргумент функции (время).

Y Expression — V(2) параметр построения (напряжение). Запустите построение, нажав кнопку Run.

На экране появиться график (рис. 17) зависимости АМ-сигнала от времени при малом коэффициенте модуляции (m = 0,2).

Лабораторная работа ¹ 8	125

Ðèñ. 16

Ðèñ. 17

Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Сделайте вывод о форме полученного АМ-сигнала.

Замечание. Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графика введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run.

4.3.1 Построение АМ-сигнала при большом коэффициенте модуляции

Вернитесь к исходной схеме, нажав на клавиатуре клавишу F3. Увеличьте коэффициент модуляции ModIndex = 1.2 (m = 1,2).

Повторите машинный эксперимент. Постройте АМ-сигнал при коэффициенте модуляции большим единицы (режим перемодуляции) (рис. 18).

Полученный график занесите в соответствующий раздел отчета. Сделайте вывод о форме полученного АМ-сигнала.

126	Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ

Ðèñ. 18

Повторите машинный эксперимент при других коэффициентах модуляции (m = 0,5 и m = 1). Полученные графики занесите в соответствующий раздел отчета. Сделайте вывод о форме АМ-сигнала.

5 Обработка результатов машинного эксперимента

Сравнить полученные АМ-сигналы с аналогичными кривыми, полученными в предварительном расчете. Сделать вывод.

6 Вопросы для самопроверки

1.Каков спектральный состав АМ-сигнала?

2.Как расположены спектральные компоненты АМ-сигнала относительно несущей частоты.

3.Покажите, что процесс модуляции связан с переносом спектра сигнала из области низких в область высоких частот?

4.Поясните связь при амплитудной модуляции огибающей сигнала с мгновенным значением низкочастотного модулирующего колебания?

5.Каков принцип работы АМ-радио?

7 Содержание отчета

Отчет оформляется в формате MS Word. Шрифт Times New Roman 14, полуторный интервал.

Лабораторная работа ¹ 8	127

Для защиты лабораторной работы отчет должен содержать следующий материал: титульный лист; цель работы; результаты машинного эксперимента; графики исследуемых зависимостей; выводы. К отчету должны быть приложены в напечатанном виде вопросы для самопроверки и ответы на них.

8Литература

1.Фриск В. В. Основы теории цепей. М.: РадиоСофт, 2002. 288 с.

2.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высш. шк., 1983. 536 с.

3.Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986. 512 с.

Лабораторная работа ¹ 9

Исследование сигнала с частотной модуляцией

1 Цель работы

С помощью программы Micro-Cap построить осциллограммы ЧМ-сигна- ла с различными индексами частотной модуляции.

2 Задание для самостоятельной подготовки

Изучить основные положения теории цепей о частотной модуляции (ЧМ) стр. 114—125 [1] и стр. 81—89 [2]. Выполнить предварительный расчет, письменно ответить на вопросы для самопроверки.

3 Предварительный расчет

3.1.Построить по ниже приведенной формуле зависимости однотонального ЧМ-сигнала от времени (t [0, 40] мкс) при разных индексах модуляции (m = 0, m = 0,1 и m = 10).

3.2.Привести формулу и по ней построить спектры однотонального ЧМ-сигнала при разных индексах модуляции (m = 0, m = 0,1 и m = 10).

4 Порядок выполнения работы

На рис. 1 показана упрощенная схема радиопередающего устройства с ЧМ-модуляцией. Звуковое сообщение, несущее некоторую информацию, преобразуется микрофоном в электрический низкочастотный сигнал (модулирующее сообщение), которое поступает в частотный модулятор. С другой стороны в модулятор поступает высокочастотный сигнал (несущее колебание). На выходе частотного модулятора образуется ЧМ-сигнал с постоянной амплитудой и с изменяющейся мгновенной частотой (рис. 1).

Упрощенно можно считать, что частотный модулятор это генератор, частота колебаний которого управляется напряжением (ГУН), поступающим на его вход (рис. 2).

Лабораторная работа ¹ 9					129

Ðèñ. 1

Ðèñ. 2

В случае однотонального ЧМ-сигнала мгновенную частоту можно записать в виде

ω (t) = ω 0 + ∆ω cos(Ω t + ψ 0),

ãäå ω (t) — мгновенная частота ЧМ-сигнала; ω 0 — несущая частота ЧМ-сигнала; ∆ω — девиация частоты ЧМ-сигнала; ψ 0 — начальная фаза;

Ω — частота модулирующего низкочастотного сигнала. Будем использовать следующую форму записи ЧМ-сигнала:

u(t) = U0cos[ω 0t + msin(Ω t) + ϕ 0],

ãäå m = ∆Ωω — индекс однотональной частотной модуляции;

U0 — амплитуда ЧМ-сигнала; ϕ 0 — фазовый угол.

В программе Micro-Cap принята следующая формула ЧМ-сигнала:

F = V0 + VA*sin(2*PI*F0*TIME+MI*sin(2*PI*FM*TIME)),

где F — мгновенное значение ЧМ-сигнала; V0 = 0 В — постоянная составляющая; VA = 1 В — амплитуда ЧМ-сигнала; F0 = 250 кГц — несущая частота;

PI = 3,141592653589795;

MI = 10 — индекс модуляции;

FM = 20 кГц — частота модуляции; TIME — время.