Материал: методичка по лабам Рцис

ГСН является источником гармонических колебаний, используемых для осуществления модуляции ГСВ. Для этого низкочастотное колебание подается на вход «Внешняя модуляция» высокочастотного генератора. Таким образом на выходе высокочастотного генератора формируется амплитудномодулированное колебание.

ГИ формирует короткие (относительно длительности импульсной характеристики) импульсы с большой амплитудой, которые используются для исследования импульсной характеристики фильтров.

Двухлучевой осциллограф используется для формирования осциллограмм входных и выходных сигналов. СА предназначен для отображения амплитудного спектра входных и выходных сигналов.

АЧХ в работе исследуется с помощью спектроанализатора. Для этого на вход частотно-избирательной цепи подаются «короткие» импульсы «большой» амплитуды. Длительность импульсов должна быть много меньше длительности импульсной характеристики цепи, а амплитуда достаточно большой, чтобы можно было наблюдать отклик цепи без искажений его шумами приборов. Отклик цепи на такой импульс близок к импульсной реакции цепи. Импульсы должны поступать на вход цепи периодически, чтобы импульсную реакцию можно было наблюдать на экране осциллографа, а период следования импульсов подбирается таким, чтобы отклики цепи не перекрывались во времени, но в то же время шли достаточно часто для удобства их наблюдения. Как известно, преобразование Фурье от импульсной реакции дает комплексный коэффициент передачи. Спектроанализатор, на который поступают отклики цепи на импульсное воздействие, отображает амплитудный спектр этих откликов, по форме соответствующий модулю комплексного коэффициента передачи цепи, т. е. ее АЧХ. Так как импульсы поступают периодически, то спектр сигнала дискретный. В силу того, что импульсы поступают относительно редко, расстояние между гармониками мало и при надлежащем выборе полосы пропускания радиофильтра спектроанализатора на его экране видна лишь огибающая, полностью соответствующая АЧХ исследуемой цепи.

Спектроанализатор показывает амплитудный спектр сигнала в логарифмическом масштабе. Он отображает мощность гармоник в специальных единицах измерения – дБм (децибел по отношению к 1 мВт; в англоязычной литературе – dBm). Это единица измерения мощности сигнала. Она показывает, на сколько децибел мощность сигнала больше 1 мВт. Зная мощность сигнала в ваттах, ее легко представить в единицах дБм согласно следующей формуле:

5.3.Задание и указания к выполнению работы

1.Исследование амплитудно-частотной характеристики одиночного колебательного контура. Установить переключатель на макете (см. рис. 5.10)

вположение I, чтобы снимать сигнал с одиночного параллельного колебательного контура. Подать на вход макета с помощью импульсного генератора короткие (~ 1 мкс) импульсы большой амплитуды (~15 В), редко следующие друг за другом (частота 10 кГц). Выход макета подключить к осциллографу. Сигнал с контрольного выхода осциллографа подать на спектроанализатор для анализа АЧХ цепи. Для удобного наблюдения АЧХ цепи рекомендуется установить следующие параметры: полоса обзора 300 кГц, центральная частота 450 кГц, уровень –35 дБм, полоса пропускания радиофильтра 3 кГц, полоса пропускания видеофильтра 100 кГц, масштаб по вертикали 5 дБ/дел.

Зарисовать форму АЧХ одиночного колебательного контура, соблюдая масштаб по осям, определить резонансную частоту и полосу пропускания (по уровню –3 дБ) колебательного контура.

С помощью осциллографа наблюдать импульсную характеристику колебательного контура.

2.Исследование амплитудно-частотной характеристики системы связанных контуров. Установить переключатель на макете в положение II, чтобы снимать сигнал с системы связанных контуров (т. е. со второго колебательного контура). Используя ту же схему включения, исследовать АЧХ цепи для системы связанных контуров.

Зарисовать 3 формы АЧХ системы связанных контуров, соблюдая масштаб по осям, для случаев минимальной связи (значение емкости связи минимальное), максимальной связи (значение емкости связи максимальное) и критической связи (значение емкости подбирается так, чтобы полоса пропускания была максимальной при отсутствии провала (локального минимума) у АЧХ). Сохранить положение ручки переменного конденсатора до п. 4. Для всех трех случаев определить центральную частоту и полосу пропускания (по уровню –3 дБ) ССК.

С помощью осциллографа наблюдать импульсную характеристику ССК.

3.Исследование прохождения АМК с тональной модуляцией через колебательный контур. Переключить тумблер в положение I для исследования одиночного колебательного контура. Установить частоту высокочастотного генератора равной резонансной частоте контура. На вход «Внешняя модуляция» подать гармонический сигнал от низкочастотного генератора,

57

чтобы осуществить амплитудную модуляцию. Установить частоту его колебаний 1 кГц. Наблюдать на первом канале осциллографа АМК с выхода высокочастотного генератора и добиться регулировкой амплитуды модулирующего (низкочастотного) колебания, чтобы коэффициент амплитудной модуляции m лежал в пределах от 0,4 до 0,6. Значение m определить по осциллограмме (см. рис. 5.8), используя формулу

m = (Umax − Umin )(Umax + Umin ) ,

где U max и U min – максимальное и минимальное значения огибающей АМК.

На втором канале осциллографа наблюдать АМК с выхода макета. Увеличение частоты модулирующего колебания будет приводить к уменьшению коэффициента амплитудной модуляции на выходе колебательного контура. Снять зависимость коэффициента амплитудной модуляции АМК на выходе макета от частоты модулирующего колебания. Рекомендуется использовать следующие частоты модулирующего колебания: 1, 4, 8, 16, 24, 32, 40, 48 и 56 кГц. В процессе снятия зависимости контролировать коэффициент амплитудной модуляции на входе макета и при необходимости подстраивать его.

4.Исследование прохождения АМК с тональной модуляцией через систему связанных контуров. Переключить тумблер в положение II для исследования системы связанных контуров. Добиться критической связи между контурами (в п. 2 это уже должно было быть сделано). Установить частоту высокочастотного генератора равной средней частоте пропускания фильтра на основе связанных контуров. Следуя указаниям п. 3, снять зависимость коэффициента амплитудной модуляции АМК на выходе макета от частоты модулирующего колебания.

Повторить этот пункт для наибольшего значения емкости связи между контурами (не забыть подстроить среднюю частоту высокочастотного генератора).

5.Исследование искажений АМК с тональной модуляцией при прохождении через систему связанных контуров. Переключить тумблер в по-

ложение II для исследования системы связанных контуров. Установить наибольшее значение емкости связи между контурами. Установить частоту высокочастотного генератора равной средней частоте пропускания фильтра на основе связанных контуров. На вход «Внешняя модуляция» подать гармонический сигнал от низкочастотного генератора, чтобы осуществить амплитудную модуляцию (в п. 4 все перечисленное уже должно было быть сдела-

58

но). Установить частоту его колебаний ~ 28 кГц. Наблюдать на первом канале осциллографа АМК с выхода высокочастотного генератора и добиться регулировкой амплитуды модулирующего (низкочастотного) колебания, чтобы коэффициент амплитудной модуляции m лежал в пределах от 0,9 до 1. На втором канале осциллографа наблюдать АМК с выхода макета. Зарисовать осциллограмму выходного АМК с перемодуляцией, соблюдая масштаб по осям. Увеличивать частоту высокочастотного колебания до появления на экране осциллографа биений и зафиксировать найденную частоту в протоколе. Зарисовать осциллограмму выходного сигнала, соблюдая масштаб по осям. Теперь уменьшать частоту высокочастотного колебания до повторного появления на экране осциллографа биений и зафиксировать найденную частоту в протоколе. Зарисовать осциллограмму выходного сигнала, соблюдая масштаб по осям.

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

•схемы исследуемых цепей;

•табличное и графическое представления амплитудно-частотных характеристик одиночного колебательного контура и системы связанных контуров на основании экспериментальных данных. Амплитудно-частотные характеристики необходимо построить в линейном масштабе, нормируя их к максимальному значению АЧХ при максимальном коэффициенте связи;

•амплитудный спектр АМК на входе схемы. График амплитудного спектра по оси абсцисс изобразить в том же масштабе, что и графики АЧХ;

•табличное и графическое представления зависимостей коэффициента модуляции АМК на выходе макета от частоты модулирующего колебания на основании экспериментальных данных (3 зависимости: для колебательного контура, ССК с критической связью и ССК с максимальной связью);

•расчет зависимостей коэффициента модуляции АМК на выходе макета от частоты модулирующего колебания для колебательного контура, ССК с критической связью и ССК с максимальной связью;

•рисунки осциллограмм сигнала на выходе ССК с максимальной связью при поступлении на вход АМК с коэффициентом амплитудной модуляции, близким к единице, и частотой модулирующего колебания ~10 кГц. Рисунки представить для случаев, когда несущая частота АМК совпадает со средней частотой ССК, и когда несущая частота отстроена вверх и вниз от средней частоты пропускания ССК;

59

•расчет сигнала на выходе ССК с максимальной связью при поступлении на вход АМК с коэффициентом амплитудной модуляции, близким к единице,

ичастотой модулирующего колебания ~28 кГц. Графики представить для случаев, когда несущая частота АМК совпадает со средней частотой ССК, и когда несущая частота отстроена вверх и вниз от средней частоты пропускания ССК. Графически сопоставить экспериментальные и расчетные данные;

•выводы о частотных характеристиках колебательного контура и ССК, влиянии частотно-избирательных цепей на прохождение АМК через них.

Контрольные вопросы

1.Привести схемы и записать выражения для комплексного коэффициента передачи колебательного контура и системы связанных контуров. Как будут меняться графики АЧХ и ФЧХ при изменении добротности контуров и емкости связи между контурами?

2.Вывести формулу (5.2), т. е. выразить комплексный коэффициент передачи системы связанных контуров через комплексный коэффициент передачи одиночного контура.

3.В каких случаях сигнал на выходе колебательного контура и системы связанных контуров при поступлении на их входы АМК будет представлять собой АМК?

4.Как зависит коэффициент амплитудной модуляции АМК с тональной модуляцией на выходе ССК от частоты модулирующего колебания (несущая частота АМК совпадает со средней частотой пропускания ССК)? Почему?

5.Как влияет рассогласование несущей частоты АМК и средней частоты пропускания ССК на прохождение АМК с тональной модуляцией? С помощью векторной диаграммы объяснить возникающие искажения и происхождение угловой модуляции.

6.Почему комплексный коэффициент передачи ССК при коэффициенте связи, стремящемся к единице, равен коэффициенту передачи колебательного контура с коэффициентом 1/2 (см. выражение (5.2))?

7.Какая величина имеет единицу измерения дБм? Записать формулы пересчёта этой величины в амплитуду и мощность гармонического сигнала.

8.Как измерить АЧХ с помощью генератора коротких импульсов и спектроанализатора? Какие ограничения накладываются на параметры коротких импульсов и спектроанализатора?

60