Лабараторные работы по генерированию

Рефераты по цифровым устройствам » Лабараторные работы по генерированию

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ НА СТАБИЛЬНОСТЬ КОЛЕБАНИЙ АВТОГЕНЕРАТОРОВ С

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ И КВАРЦЕВОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ


Цель работы

1. Научиться исследовать и анализиро­вать работу автогенераторов с параметрической и кварцевой стабилизацией.

2. Оценить влияние дестабилизирующих факторов на работу автогенераторов.

Содержание работы

1. Изучение физических процессов в схемах автогенерато­ров с параметрической и кварцевой стабилизацией частоты.

2. Изучение принципиальной схемы лабораторной установки на базе радиостанции "Карат".

3. Исследование влияния дестабилизирующих факторов на частоту автогенератора с параметрической стабилизацией.

4. Исследование влияния дестабилизирующих факторов на частоту автогенератора с кварцевой стабилизацией.

Рис.1. Принципиальная схема лабораторной установки по исследованию влияния дестабилизирующих факторов на работу автогенераторов

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка выполнена на базе типовой ко­ротковолновой радиостанции "Карат" и позволяет провести иссле­дование автогенераторов с параметрической и кварцевой стаби­лизацией частоты. В качестве измерителя частоты автогенерато­ра служит цифровой частотомер Ч3-34. Пульт управления лабора­торной установкой позволяет осуществлять необходимые переклю­чения и регулировки а также регулировку питающего автогенератор напряжения.

Порядок выполнения работы

Изучать принципиальную схему лабораторной установки.

Проанализировать работу автогенераторов с параметрической и кварцевой стабилизацией частоты колебаний (в соответствии с приложением 1).

Проанализировать порядок снятия характеристик автогенератора (в соответствии с рис.2).

Р
ис. 2. Структурная схема установки по исследованию влияния дестабилизирующих факторов на работу автогенераторов


4. Исследовать влияние дестабилизирующих факторов на час­тоту автогенератора с параметрической стабилизацией для че­го:

а) подготовить к работе электронно-счетный частотомер (режим ручного счета);

б) включить установку переключатель ОПГ - ОКГ в положение " ОПГ ";

в) установить величину напряжения питания Uпит = 10 В;

г) измерить уход частоты автогенератора для чего:

быстро замерить частоту с помощью частотомера записать показания частотомера f0 и время t ;

произвести последующие измерения частоты через каждую ми­нуту в течение 10 минут;

д) данные измерений и вычислений занести в табл. 1;

е) по данным табл. 1 построить график зависимости Δf / f0= φ(t)


Таблица 1.1

t , мин 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

f0, кГц

150,15 150,19 150,21 150,24 150,22 150,23 150,23 150,24 150,23 150,23

Δf / f0

-0,000999 -0,0013 -0,0014 -0,0016 -0,0015 -0,0015 -0,0015 -0,0016 -0,0015 -0,0015

Таблица 1.2

t , мин 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

f0, кГц

150,01 150,02 150,02 150,024 150,029 150,02 150,018 150,018 150,018 150,02

Δf / f0

-0,000066662 -0,000133316 -0,000133316 -0,000159974 -0,000193296 -0,000133316 -0,000119986 -0,000119986 -0,000119986 -0,000133316

5. Исследовать зависимость частоты от измерения напряже­ния питания для чего:

а) установить Uпит = 10 В;

б) уменьшая через I B напряжение питания измерить частоту генерируемых колебаний;

в) данные измерений занести в табл. 2.

г) по давним табл. 2 построить график зависимости Δf / f0 = φ( Uпит ).

Таблица 2.2

UПИТ, В

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

f0, кГц

150,15 150,23 150,25

150,27

150,27 150,28 150,28

Срыв генерации

(не функц.)

Δf / f0

0,000999001

0,001530986

0,001663894

0,001796766

0,001796766

0,001863189

0,001863189


Таблица 2.2

UПИТ, В

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

f0, кГц

150,01 150,02 150,02 150,025 150,02 150,02 150,025

Срыв генерации

(не функц.)

Δf / f0

0,000066662

0,000133316

0,000166639

0,000133316

0,000133316

0,000166639

0,000166639


Вывод: Проведя лабораторную работу исследовали и проанализировали работу автогенераторов с параметрической и кварцевой стабилизацией построили графики зависимостей Δf / f = φ(t) и Δf / f = φ( Uпит ).


Графики зависимостей Δf / f = φ(t) и Δf / f = φ( Uпит ).




Overview

calcul
graph1


Sheet 1: calcul

150.15 150.19 150.21 150.24 150.22 150.23 150.23 150.24 150.23 150.23
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0






























150.01 150.02 150.02 150.02 150.03 150.02 150.02 150.02 150.02 150.02
0.000066662 0.000133316 0.000133316 0.000159974 0.000193296 0.000133316 0.000119986 0.000119986 0.000119986 0.000133316


















































10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
150.15 150.23 150.25 150.27 150.27 150.28 150.28 x x x
0.000999001 0.001530986 0.001663894 0.001796766 0.001796766 0.001863189 0.001863189












10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
150.01 150.02 150.03 150.02 150.02 150.03 150.03 x x x
0.000066662 0.000133316 0.000166639 0.000133316 0.000133316 0.000166639 0.000166639



Sheet 2: graph1






















Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ

Цель работы

1. Научиться исследовать энергетические и качественные характеристики сигнала при амплитудной коллек­торной модуляции.

2. Приобрести навыки в работе по исследованию амплитудной модуляции радиосигналов.

Содержание работы

1. Изучение лабораторной установки.

2. Снятие динамической амплитудной модуляционной харак­теристики.

3. Снятие частотной модуляционной характеристики.

Описание лабораторной установки


Лабораторная установив выполнена на базе KB радиостанции "Карат" и позволяет провести исследование модулируемых каска­дов усилителя мощности (ГВВ).

Измерительные приборы позволяют контролировать токи (напряжения) в различных цепях лабораторной установки:

в качестве источника сигнала используется генератор низ­кой частоты ГЗ-106 выходное напряжение которого поступает на вход модулятора;

для измерения нелинейных искажений КГ используется прибор C6-IA ;

коэффициент глубины модуляции измеряется прибором C2-11;

осциллограф служит для визуального наблюдения за формой выходного сигнала;

пульт управления лабораторной установкой позволяет осу­ществить необходимые переключения.

Порядок выполнения работы

  1. Изучить принципиальную схему лабораторной установки (рис. 1) и порядок работы с измерительными приборами.

2. Собрать лабораторную установку в соответствии со структурной схемой (рис. 2).

3. Снять амплитудную модуляционную характеристику для чего:

а) включить установку и установить режим несущей часто­ты;

б) на вход модулятора подать модулирующее напряжение от звукового НЧ-генератора с частотой FΩ= 1000 Гц;

в) подключить к выходу ВЧ (антенне) измеритель коэффици­ента глубины модуляции и осциллограф;

г) к измерителю коэффициента глубины модуляции (гнездо "Выход огибающей") подключить измеритель коэффициента нели­нейных искажений;

д) увеличивая амплитуд модулирующего напряжения UΩ от "0" до появления перемодуляции сигнала измерить коэффициент глубины модуляции m;

е) результаты измерений занести в табл. 1.

ж) по данным табл. 1 построить зависимости m = f (UΩ);



Рис.1. Принципиальная схема лабораторной установки


Рис.2. Структурная схема лабораторной установки

4. Снять частотную модуляционную характеристику для че­го:

а) сохранить режим работы передатчика установленный для выполнения предыдущего пункта работы;

б) установить модулирующее напряжение UΩ при FΩ= 1000 Гц таким чтобы коэффициент глубины модуляции m = 0 7;

в) изменяя частоту модулирующего напряжения FΩ от 20 Гц до 20000 Гц измерить коэффициент глубины модуляции m ;

г) результаты измерений занести в табл. 2.

д) по данным табл. 2 построить графики зависимости m = f (FΩ ).

Таблица 1

UΩ

0 1 2 3 4 5 6 7 8
m 0 0,2 0,44 0,6 0,82 0,9 1 1 1

Таблица 2

FΩ

50

1000

2000

4000

10000

15000

17000

19000

20000

m

0,3

0,7

0,75

0,732

0,349

0,196

0,136

0,13

0,09


Содержание отчета

  1. Цель работы

  2. Содержание работы

  3. Структурная схема лабораторной установки.

  4. Принципиальная схема лабораторной установки.

  5. Таблицы результатов измерений и вычислений.

  6. Графики снятых зависимостей.

  7. Выводы и обоснования по результатам исследований.


Контрольные вопросы

  1. Поясните необходимость управления колебаниями радиочастоты передатчика

2. Что такое модуляция? Назовите виды ее.

3. Что такое амплитудная модуляция?

4. Назовите способы осуществления амплитудной модуляции.

5. Напишите уравнение амплитудно- модулированных колебаний.

6. Назовите спектры частот модулирующих колебаний.

7. Отчего зависит ширина спектра частот при амплитудной модуляции?

8. Что такое боковые частоты и боковые полосы?

9. Нарисуйте принципиальную схему модуляции изменением напряжения смещения и поясните ее работу.

10. Как выбрать положение рабочей точки на характеристике электронного прибора?

11. Зачем необходим нелинейный элемент в схеме амплитудной модуляции?

12. В чем заключаются особенности модуляции изменением напряжения смещения?

13. Нарисуйте схему базовой модуляции и поясните принцип работы.

14. Поясните особенности базовой модуляции.


Приложение 1.

1. ВИДЫ И АНАЛИЗ АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ

Радиочастотные колебания создаваемые радио­передатчиком и излучаемые его антенной в виде электромагнит­ных волн используются для передачи информации потому что они легко распространяются на большие расстояния.

Сообщения которые необходимо передавать чаще всего пред­ставляют собой низкочастотные колебания. Так механические ко­лебания звука преобразованные микрофоном в электрические представляют собой колебания низкой частоты. Такие колебания не могут распространяться на большие расстояния. Поэтому спектр низкочастотного сигнала необходимо перенести в область радиочастот. Для этого необходимо осуществить управление ими.

Процесс управления колебаниями радиочастоты с помощью ко­лебаний низкой частоты называется модуляцией.

Модуляция осуществляется с помощью специального устройст­ва называемого модулятором. На один вход модулятора подается напряжение радиочастоты на другой — низкочастотный переда­ваемый сигнал. На выходе модулятора получается модулирован­ное колебание.

Радиочастотные колебания осуществляя перенос сигнала сох­раняют его свойства. Они называются несущими.

Радиочастотные колебания характеризуются тремя параметра­ми: амплитудой частотой и фазой. Они связаны соотношением i = IHcos(ωt + φ).

Для осуществления модуляции необходимо изменять во вре­мени один из параметров радиочастотного колебания в соответст­вии с передаваемым сигналом. В зависимости от того какой из параметров радиочастотного колебания изменяется различают амплитудную частотную и фазовую модуляцию.

При работе передатчика в импульсном режиме для осуществ­ления модуляции изменяется один из параметров импульсов. Та­кая модуляция называется импульсной.

Для передачи телеграфных сигналов изменяют один из пара­метров радиочастотных колебаний в соответствии с телеграфным кодом. Радиотелеграфную модуляцию называют манипуляцией. Различают соответственно манипуляцию амплитудную частотную и фазовую.

Амплитудной модуляцией называется процесс изменения амп­литуды колебаний радиочастоты в соответствии с изменением амп­литуды колебаний низкой частоты передаваемого сигнала.

Передаваемое колебание например речь музыка является сложным колебанием. И его можно рассматривать как сумму простых гармонических составляющих колебаний различных амп­литуд частот и фаз.

Для простоты анализа рассмотрим модуляцию одним тоном частоты Ω т. е. когда перед микрофоном звучит однотонное коле­бание одной частоты. График его можно представить в виде гар­монического (синусоидального или косинусоидального) колеба­ния как показано на рис. 1 а аналитически записать выражени­ем uΩ=UΩ cos Ωt. При амплитудной модуляции по закону измене­ния модулирующего колебания в данном случае по закону cos Ωt должна изменяться амплитуда тока радиочастоты. Это означает что во время положительного полупериода звукового колебания амплитуда радиочастотного тока возрастает (точки 2—4 на рис. 1) а во время отрицательного полупериода — уменьшается (точки 4—6 на рис. 1).

Рис. 1. Временная диаграмма амплитудно-модулированных колебаний

И
зменение амплитуды радиочастот­ных колебаний математически можно выразить следующим обра­зом. Уравнение тока в антенне или в выходной цепи модулируе­мого каскада до модуляции имеет вид i = IНЕСсоsωHt. Это колебание называется несущим. В процессе модуляции амплитуда тока IНЕС получает приращение ΔIНЕС причем это приращение изменяется по закону изменения модулирующего сигнала ΔIНЕС cos Ωt.

Рис. 2. Графики амплитудно-модулированных при различной глубине модуляции:

m 1(в г)

Тогда выражение тока радиочастоты при модуляции принимает вид

i = ( IНЕС + ΔIНЕС cos Ωt) соsωHt.

Выполняя дальнейшее преобразование выражения тока моду­лированных колебаний получаем

i = IНЕС ( 1 + ΔIНЕС / IНЕС cos Ωt) соsωHt = IНЕС ( 1 + m cos Ωt) соsωHt .

Отношение приращения амплитуды тока несущей частоты при модуляции ΔIНЕС к его значению до модуляции IНЕС обозначают буквой m и называют коэффициентом глубины модуляции или глу­биной модуляции.


Рис.3. Спектр частот при амплитудной модуляции

Значение коэффициента глубины модуляции m зависит только от амплитуды модулирующего колебания. Например при передаче речи или музыки — от громкости звука. При линейной модуляции коэффициент m прямо пропорционален амплитуде напряжения мо­дулирующего сигнала m= aUΩ где a — коэффициент пропорцио­нальности. На рис. 2 приведены временные диаграммы амплитудно-модулированных колебаний при различных коэффициентах модуляции m. При m = 0 модуляции нет. При m = 0 5 (50%) ампли­туда напряжения модулирующих колебаний такова что вызывает изменение амплитуды радиочастотных колебаний до половины первоначального значения. При m = l ( UΩ= Uω) (стопроцентная модуляция) амплитуда радиочастотных колебании увеличивается в 2 раза. В этих двух случаях огибающая амплитуд модулиро­ванных колебаний точно (без искажении) воспроизводит форму сигнала. При дальнейшем увеличении амплитуды напряжения сиг­нала m > l (UΩ > Uω ) получается перемодуляция. Во время отри­цательного полупериода сигнала часть колебаний радиочастоты срезается (точки 1—2 на рис. 2 б) и форма огибающей модули­рованных колебаний искажается. Возникают нелинейные искаже­ния формы передаваемого сигнала. Следовательно для осуществ­ления амплитудной модуляции без искажений коэффициент мо­дуляции m не должен превышать единицы.

Выражение для тока амплитудно-модулированных колебаний можно представить в следующем виде:

I =Iа несcos ωнеct+0 5 т Iа нес cos (ωнеc + Ω) t + 0 5 т Iа нес cos (ωнеc - Ω) t.

Видно что промодулированное по амплитуде колебание явля­ется сложным и состоит из трех составляющих:

1) колебания несущей частоты ωнеc с амплитудой Iа нес такой же как и до модуляции;

2) колебания с частотой ωнеc + Ω и амплитудой 0 5 Iа нес назы­ваемого колебанием верхней боковой частоты;

3) колебания с частотой ωнеc - Ω и амплитудой 0 5 Iа нес называе­мого колебанием нижней боковой частоты.

Графически спектр колебаний промодулированных по ампли­туде низкочастотным колебанием одной частоты Ω можно изобра­зить как показано на рис. 3 а. Видно что при амплитудной мо­дуляции одним тоном частоты и спектр модулированного колеба­ния содержит три гармонических колебания — несущую и два боковых каждое из которых находится на расстоянии равном частоте модулирующего колебания.

Но речь или музыка являются сложными колебаниями. Их можно представить состоящими из гармонических колебании. Тог­да при модуляции сложным колебанием модулированное колеба­ние содержит столько нижних и верхних боковых составляющих сколько их имеется в спектре модулирующего сигнала. В резуль­тате в составе модулированного колебания будет две полосы час­тот: нижняя боковая и верхняя боковая (рис. 3 б).

1.1. Полоса частот и баланс мощностей.

Общая ширина полосы частот амплитудно-модулированных колебаний равна удвоенной максимальной частоте модуляции:

неc + Ω) - неc - Ω) = 2 ΩМАКС. Звуковые колебания занимают спектр частот 20...20000 Гц. Однако разборчивость речи оказывается достаточной при вос­произведении полосы частот в пределах 300...4500 Гц. При этом полоса амплитудно-модулированного колебания составит 9000 Гц. Расстояние между несущими частотами соседних радиопередатчиков в этом случае составляет 10 кГц (рис. 3 б). Ширина спектра модулирующего сигнала определяется соответствующими стандар­тами на каналы связи вещания передатчики и приемники.

При амплитудной модуляции амплитуда тока в нагрузке не­прерывно изменяется от Iмин до IMакс. Следовательно и режим мо­дулируемого генератора также изменяется. В процессе амплитуд­ной модуляции различают следующие режимы работы модулируе­мого каскада:

режим несущей частоты или режим молчания когда генератор радиочастоты включен а микрофон не включен и модуляция от­сутствует;

максимальный режим или режим максимальной колебатель­ной мощности при наибольшем значении тока и максимальном коэффициенте модуляции;

минимальный режим или режим минимальной мощности при наименьшем токе;

режим средней мощности за период одного периода модули­рующего низкочастотного сигнала.

Для упрощения предположим что модуляция симметричная линейная неискаженная осуществляется синусоидальным напря­жением. Модулированный по амплитуде ток проходит через ак­тивное сопротивление нагрузки RH или антенны Ra.

В отсутствие модулирующего напряжения т. е. в режиме мол­чания несущее колебание создает на сопротивлении нагрузки мощность Рн=0 5I2HRH.

В процессе модуляции изменяется амплитуда тока а следова­тельно и мощность на нагрузке:

в минимальном режиме PМИН=0 5 I2МИНRH =0 5[IH(1 – m)]2RH = Рн ( 1-m)2

в максимальном режиме PMакс=0 5 I2МАКСRH =0 5[IH(1 + m)]2RH = Рн ( 1+ m)2.

Из этих выражений видно что при стопроцентной (m = 1) мо­дуляции мощность в максимальном режиме в 4 раза больше чем в режиме несущей частоты. В минимальном режиме при m = 1 РМИН = Рн(1-m)2= 0.

Средняя мощность РСР выделяющаяся на нагрузке за период действия модулирующего сигнала складывается из мощностей несущего и двух боковых колебаний: РСРН – РН.Б + РВ.Б РБ =0 5I2БRH=0 5()2RH=0 5RH=PH PCP=PH +2PБ = 0 5I2H RH +2(0 5()2 R) = PH(1+0 5m2).

Отсюда видно средняя мощность больше мощности несущих колебаний в (1+0 5m2) раз и при 100%-ной модуляции в полтора раза больше ее: РCP= 1 5РH.

Страницы: 1 2