ПОСОБИЕ ПО ЛАБАМ СФУ

		Таблица 3
RШ	Глубина	модуляции, m
	по спектру	по временной диаграмме
ВКЛ.
ВЫКЛ.

5. Диаграммы искаженных колебаний на выходе вне оптимального режима наблюдаются и зарисовываются (сохраняются в файле) при правильно выбранной нагрузке: включено "LC" и " RШ ", но при напряжениях, отличных от найденных в п. 3:

∙ЕСМ = ЕСМ ОПТ +1 В;

∙ЕСМ = ЕСМ ОПТ -1 В;

∙ЕСМ = ЕСМ ОПТ, но UΩ 2 UΩМАХ.

6.Модуляция сложным сигналом производится при действии двух низкочастотных сигналов (например, 1 кГц и 2 кГц), подаваемых на входы 2

и3 сумматора макета. Для сохранения оптимального режима модулятора

каждый из подаваемых сигналов должен соответствовать половине UΩМАХ. Зарисовать осциллограммы и спектры на входе модулятора (гнездо КТ 1), для чего следует отключить источник "несущей" от входа 1, а также на выходе (гнездо КТ 2 при восстановлении сигнала на входе 1).

7.Снять зависимость коэффициента модуляции от частоты

модулирующего сигнала (m=ϕ4(Ω)), частоту которого изменять в пределах полосы пропускания АЧХ колебательного контура (АЧХ может быть получена классическим методом или на основе меню Bode Plotter приборов

PC_Lab2000).

8. Исследовать сигналы с амплитудно-импульсной (АИМ) модуляцией. Для этого при полученной АМ включить резистивную нагрузку (кнопка "R" нажата). Зафиксировать характерные временные и спектральные диаграммы, использовав возможности рекомендованного измерительного оборудования.

Отчет

Отчет должен содержать:

1.Принципиальную схему исследования и результаты домашней подготовки.

2.Сток-затворную характеристику полевого транзистора для Ваших условий работы.

3.Таблицы экспериментальных данных.

4.Графики ϕ1(ЕСМ) и ϕ2(ЕСМ), m=ϕ3(UΩ), m=ϕ4(Ω), а также осциллограммы и спектры исследованных процессов.

Контрольные вопросы

1.Что такое амплитудная модуляция? Запишите аналитическое выражение АМ сигнала.

2.Какая форма ВАХ нелинейного элемента является наилучшей для получения АМ сигналов?

3.Что такое глубина модуляции, коэффициент модуляции?

4.Как измерить глубину модуляции по временной диаграмме АМ сигнала или по спектру?

5.Как связаны между собой ширина спектра модулирующего и ширина спектра модулированного сигнала при АМ?

6.Как распределяется мощность между составляющими АМ сигнала?

7.Изобразите простейшую схему амплитудного модулятора.

8.Какова роль нагрузки амплитудного модулятора?

9.Что такое статическая модуляционная характеристика? Как по

статической модуляционной характеристике выбрать режим работы модулятора?

10.Как и почему зависит коэффициент модуляции от частоты модулирующего сигнала?

11.Изобразите спектр сложного АМ сигнала, в котором модулирующий сигнал состоит из первых трех гармоник частоты F=1 кГц.

12.Изобразите векторные диаграммы для сигналов обычной АМ, балансной АМ, однополосной АМ.

13.Дайте определение балансной модуляции (БМ). Изобразите временную и спектральную диаграммы БМ сигнала с тональной модуляцией.

14.Изобразите простейшую схему балансного модулятора.

15.Дайте определение однополосной модуляции (АМ с ОБП).

Изобразите временную и спектральную диаграммы сигнала однополосной модуляции при модуляции одним гармоническим колебанием.

16.Изобразите схему для получения однополосной модуляции. В чем состоят достоинства и недостатки АМ с ОБП?

17.Охарактеризуйте сигналы с АИМ. Приведите характерные временные и спектральные диаграммы.

Лабораторная работа № 9

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ

Цель работы

Исследование процесса преобразования частоты при использовании нелинейного элемента с квадратичным участком вольтамперной характеристики.

Схема работы и измерительная аппаратура

Для работы используется универсальный стенд со сменным блоком ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ, схема которого приведена в работе Усиление сигналов. Исследуемая цепь

представляет собой преобразователь на полевом транзисторе с избирательной нагрузкой (LC-контур) в цепи стока. На затвор полевого транзистора подается сумма напряжений сигнала, гетеродина и постоянного напряжения смещения.

Для преобразования частоты используется квадратичный участок сток- затворной характеристики полевого транзистора.

Источником входного сигнала в данной работе служит дополнительный генератор амплитудно-модулированных (АМ) колебаний или сигнал с АМ синтезированный программным обеспечением PC_Lab2000. В этом генераторе несущая частота ( 100 кГц) и частота модуляции (1 кГц) фиксированы; напряжение несущей должно быть примерно 300 мВ, а глубина модуляции может изменяться в широких пределах. Напряжение АМ колебания ("сигнал") с выхода генератора должно быть подано на входные гнезда 1 исследуемой цепи.

Встроенный диапазонный генератор, играющий роль гетеродина, подключается к гнездам 2. Частота его колебаний выбирается в соответствии

срезультатами предварительного расчета равной fГ, напряжение – 1 В.

Вкачестве измерительных приборов используются вольтметр, осциллограф и виртуальные приборы – осциллограф и анализатор спектра, которые подключаются в процессе измерений необходимых характеристик, а также приборы с программным обеспечением PC_Lab2000, работающие совместно с ПК, для успешного использования которых целесообразно обратиться к инструкции и меню Help.

Входной сигнал наблюдается на гнездах 1, напряжение гетеродина - на гнездах 2. Для наблюдения процессов на затворе осциллограф должен быть подключен к гнездам КТ 1; гнезда КТ 2 служат для наблюдения и измерения выходного сигнала.

Домашнее задание

1.Изучите по конспекту лекций и рекомендованной литературе материал по преобразованию частоты сигнала.

2.Пользуясь сток-затворной характеристикой полевого транзистора,

выберите напряжение смещения ЕСМ на середине квадратичного участка. С помощью указаний, данных в п. 2, рассчитайте ориентировочные значения частот гетеродина fГ1 и fГ2.

3.Внесите в заготовку отчета результаты расчетов.

Лабораторное задание

1.Наблюдайте преобразование частоты амплитудно-модулированного

сигнала.

2.Получите характеристику преобразования.

Методические указания

1. Принципиальная схема исследуемой цепи должна соответствовать работе Усиление сигналов. Переключатель "R–LC" устанавливается в положение "LC". При выполнении работы используется контур с пониженной добротностью (RШ включено). Переключатели "СН", не используемые в данной работе, должны быть установлены в нулевое положение (все кнопки отжаты).

2. Подготовительный расчет проводится по формулам:

fПР= f0, fГ1 = fН - fПР, fГ2= fН+ fПР,

где fПР – преобразованная (промежуточная) частота; f0 – резонансная частота контура (13÷15 кГц); fН=100 кГц – несущая частота сигнала;

fГ – частота гетеродина.

Полученные величины вносятся в приведенную ниже табл. 1.

3. Положение рабочей точки выбирается на середине квадратического участка ВАХ транзистора. Найденное значение ЕСМ вносится в таблицу 1 и устанавливается потенциометром "СМЕЩЕНИЕ".

4. Режим преобразования частоты обеспечивается настройкой одного из генераторов ("гетеродина") так, чтобы комбинационная разностная частота çfГ - fНç=fПР (промежуточная частота) совпала с резонансной частотой (f0) контура в цепи стока. Перед настройкой необходимо установить на входе 1 UГ=1 В от генератора ("гетеродина") с частотой fГ1. На вход 2 подается напряжение "сигнала". "Сигналом" в данной работе является напряжение с выхода используемого генератора. Напряжение "сигнала" контролируется встроенным вольтметром переменного напряжения. Для правильной установки АМ сигнала необходимо:

∙убрать модуляцию (m=0);

∙установить действующее значение напряжения несущей Un=0.5 В;

∙установить глубину модуляции (30¸60)% и измерить её, наблюдая осциллограмму на входе 2. Такой порядок установки параметров АМ сигнала связан с тем, что вольтметры переменного напряжения не рассчитаны на сигналы с меняющейся амплитудой.

Варьируется частота fГ1 до получения на выходе (КТ 2) АМ колебаний

снаибольшей амплитудой. Контроль ведется по осциллографу и

микроамперметру стенда. Подстраивая в небольших пределах ЕСМ, добиться еще большего выходного сигнала.

5.Временные диаграммы входного сигнала и преобразованного колебания зарисовывается на одном листе с сохранением соответствия по времени; при этом достаточно одного периода огибающей. Обратите внимание на частоту заполнения. Также зарисовывается выходное напряжение при отключенном гетеродине.

6.Перестроив частоту диапазонного генератора на fГ2, повторить п.5 при этой частоте гетеродина.

7.Характеристика преобразования UПР=g(UН) снимается после настройки при любой из двух частот гетеродина fГ1 или fГ2. Для этого напряжение "несущей" UН берется от используемого источника сигнала при отсутствии модуляции. Задавая напряжения "несущей" в пределах от 0 до 1 В на входе сумматора и, не меняя напряжение "гетеродина", заполнить таблицу

1, на основании которой строится график UПР=g(UН).

Таблица 1

fПР =	кГц fН=... кГц; fГ=... кГц;		ЕСМ =... В	Uг =1В
UН, В
UПР, В

Отчет

Отчет должен содержать:

1.Принципиальную схему преобразователя частоты.

2.Исходную и аппроксимированную сток-затворную характеристику полевого транзистора для соответствующего варианта.

3.Таблицу исходных и экспериментальных данных; осциллограммы.

4.График амплитудной характеристики преобразователя, осциллограммы.

Контрольные вопросы

1.Какова роль полевого транзистора в схеме преобразователя частоты?

2.Какая форма ВАХ нелинейного элемента наиболее удобна для преобразования частоты?

3.Какова роль избирательной нагрузки в схеме преобразования частоты?

4.Какие требования предъявляются к нагрузке нелинейного элемента преобразователя частоты?

5.Изобразить схемы преобразователей частоты.

6.В каких устройствах и почему применяется преобразователь, транспонирующий (преобразующий) спектр сигнала?

7.Отличаются ли огибающие транспонированного и входного сигналов по форме?

8.Что такое характеристика преобразования преобразователя частоты? Как снять её экспериментально?

9.Какую роль играют напряжение и частота гетеродина в процессе преобразования частоты?

10.Чем отличаются формы и спектры сигналов на входе и выходе преобразователя частоты?

11.Объясните происхождение «зеркальной» помехи при работе преобразователя частоты.

12.Что такое крутизна преобразования? Определите крутизну преобразования исследованного преобразователя частоты.

Лабораторная работа № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО МОДУЛЯТОРА

Цель работы

Исследование принципа действия частотного модулятора. Получение

характеристик частотного модулятора при воздействии на его вход моногармонического сигнала. Исследование формы и спектра сигналов с частотной модуляцией.

Схема работы и измерительная аппаратура

В данной работе используется универсальный лабораторный стенд со сменным блоком ЧАСТОТНЫЙ МОДЕМ, упрощённая принципиальная схема которого приведена на рис. 1. Объектом исследования в данной работе является левая часть схемы (между гнёздами КТ 1 и КТ 2).

Как можно увидеть из схемы, частотный модулятор представляет собой RC генератор, состоящий их двухкаскадного резистивного усилителя (А1) и фазобалансной цепи (ФБЦ) или моста Вина, обеспечивающей положительную обратную связь. Частота генерации зависит от параметров ФБЦ – С3, С4 и сопротивлений каналов (RСИ) полевых транзисторов VT1 и VT2. Сопротивление канала (RСИ) зависит от управляющего напряжения, приложенного к затвору.

		ФБЦ С3							КТ 4
								VD1
	С1				С6		С8		R5
						f01
КТ 1	R1	VT1	A	КТ 2 КТ 3		L1	L2		R7
	R2				VT3 С7		С9		R6
						f02
		VT2	С4	R3	R4	L3 L4		VD2
					С5
EСМ						EС			мкА
	М О Д У Л Я Т О Р				Д Е Т Е К Т О Р

Рис. 1. Упрощенная принципиальная схема сменного

блока ЧАСТОТНЫЙ МОДЕМ

Таким образом, полевые транзисторы в ФБЦ являются параметрическими элементами, управляемыми модулирующим напряжением. Напряжение смещения (ЕСМ), являющееся постоянной составляющей модулирующего сигнала, позволяет установить несущую частоту модулированного сигнала, а переменная составляющая, т.е. сам модулирующий сигнал, поданный на гнезда КТ 1, обеспечивает девиацию частоты fmax, зависящую от амплитуды модулирующего сигнала. Выходом частотного модулятора являются гнезда КТ 2.

Всхеме модулятора имеется блок автоматической регулировки усиления, поддерживающий постоянную амплитуду ЧМ-сигнала (на схеме не показан).

Вкачестве источника модулирующего сигнала используется встроенный диапазонный генератор базового блока, подключаемый к входу модулятора или дополнительные программные (виртуальные) генераторы. Для контроля входного сигнала используется вольтметр, осциллограф.

Анализ спектра выполняется на основе отдельной программы ПК в режиме «Спектроанализатор». Кроме того, используются приборы с программным обеспечением PC_Lab2000, работающие совместно с ПК, для успешного

использования которых целесообразно обратиться к инструкции и меню

Help.

Домашнее задание

1.Изучите основные вопросы теории исследуемой темы по конспекту лекций и рекомендованной литературе.

2.Выполните моделирование сигнала с угловой гармонической модуляцией с целью получения временных и спектральных характеристик для параметров сигнала, отмеченных в методических указаниях лабораторного задания.

Лабораторное задание

Снимите статическую модуляционную характеристику и определите оптимальный режим модулятора.

Определите влияние амплитуды модулирующего сигнала на форму и ширину спектра ЧМ-сигнала (при постоянной частоте модуляции).

Определите влияние частоты модуляции на форму и ширину спектра ЧМ-сигнала (при постоянной амплитуде модулирующего сигнала).

Наблюдайте форму сигнала на входе и выходе частотного модулятора.

Методические указания

1. Определение статической модуляционной характеристики.

Статическая модуляционная характеристика (СМХ): f=φ(ЕСМ) снимается при отсутствии модулирующего сигнала. Последовательно устанавливая потенциометром ЕСМ значения из таблицы 1, определить значения частоты модулятора f, подключив выход модулятора (гнездо КТ 2) к входу ПК, работающего в режиме анализа спектра или использовать для этого приборы PC_Lab2000.

								Таблица 1
ЕСМ	B		0	-0.5	-1	-1.5	…………		-6.5
f	кГц

По данным таблицы построить график СМХ, на котором следует отметить:

–положение рабочей точки (на середине линейного участка); откуда находят ЕСМ ОПТ и несущую частоту f0 (по вертикальной оси);

–угол наклона линейного участка СМХ; (тангенс этого угла соответствует коэффициенту КЧМ модулятора);

–границы линейного участка (fMIN, fMAX).

Полученные данные свести в табл. 2.

Таблица 2

ЕСМ ОПТ	f0	fМIN	fMAX	КЧМ

В случае хорошей линейности СМХ выбор несущей частоты некритичен, однако, для последующих пунктов лучше выбрать f0=15÷17 кГц.

2. Исследование влияния амплитуды модулирующего сигнала на спектр ЧМ (при FМОД=const).

2.1. По ряду заданных значений МЧМ (табл. 3) рассчитать амплитуды модулирующих сигналов, а затем и действующие значения UC.

Таблица 3

Влияние амплитуды модулирующего сигнала (FМОД = 500 Гц)

МЧМ	0	0.1	0.5	1.0	2.4	3.8
fMAX
UMC
UC
2 f *

Для заполнения таблицы полезно отметить некоторые определения для

ЧМ.

Индекс частотной модуляции

f MAX

Отсюда находитсяМЧМf= .FМОД .

MAX

Определение ЧМ-сигнала f (t) = КЧМ UC(t).

При амплитудном значении гармонического сигнала Umc

fMAX = КЧМ Umc .

Отсюда Umc= fMAX / КЧМ.

(1)

(2)

Четвёртая строка таблицы заполняется исходя из необходимости пользоваться вольтметром переменного напряжения, имеющим градуировку

в действующих значениях

UC = Umc 0.707.

2.2.Подключить диапазонный генератор к входу модулятора (гнездо КТ 1). Туда же подключить и вольтметр переменного напряжения (или использовать осциллограф). Установить частоту модулирующего сигнала

FМОД = 500 Гц. В качестве источника модулирующего сигнала использовать диапазонный генератор базового блока или PC_Lab2000.

2.3.Последовательно устанавливая значения UC из таблицы 3 регулятором выхода генератора, получить на ПК (через звуковую плату), подключённом к выходу модулятора (гнездо КТ 2) спектры ЧМ-сигналов, которые можно сохранить для последующего анализа (использовав Print Scr.). При использовании анализатора PC_Lab2000 для детального анализа следует в меню выбрать маркеры, позволяющие уточнить значения амплитуд

ичастот гармонических составляющих и сохранить отдельным файлом (см. меню).

На каждой спектрограмме обязательно указывать: ∙ условия проведения эксперимента; ∙ частоты отдельных составляющих спектра;