ДЕТЕКТУВАННЯ СИГНАЛІВ З АМПЛІТУДНОЮ МОДУЛЯЦІЄЮ.. Методичні вказівки до лабораторної роботи з Сигнали та процеси в радіоелектроніці. Робота № 400657

Перехід до торгівельного партнера Binance

ДЕТЕКТУВАННЯ СИГНАЛІВ З АМПЛІТУДНОЮ МОДУЛЯЦІЄЮ.

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Кафедра теоретичної радіотехніки та радіовимірювання (ТРР)

Інформація про роботу

Рік:

2003

Тип роботи:

Методичні вказівки до лабораторної роботи

Предмет:

Сигнали та процеси в радіоелектроніці

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки України Національний університет “Львівська політехніка” Кафедра теоретичної радіотехніки та радіовимірювання Детектування сигналів з амплітудною модуляцією Методичні вказівки до лабораторної роботи № 13 з предмету “Сигнали та процеси в радіоелектроніці”, для студентів базового напряму “Радіотехніка” ЗАТВЕРДЖЕНО на засіданні кафедри “Теоретична радіотехніка та радіовимірювання” Протокол № 4 від 27 листопада 2003 р. Львів 2003 Детектування сигналів з амплітудною модуляцією. Методичні вказівки до лабораторної роботи № 13 з предмету “Сигнали та процеси в радіоелектроніці” для студентів базового напряму “Радіотехніка”. /Упорядники: Желяк Р.І., Мелень М.В.- Львів: НУ ЛП, 2003. - с. 10. Упорядники: Желяк Р.І., доц., канд. техн. наук, Мелень М.В., доц., канд. техн. наук. Рецензенти: Волочій Б.Ю., доц., канд. техн. наук, Бондарєв А.П., доц., канд. техн. наук. Відповідальний за випуск: Надобко О.В., доц., канд. техн. наук. © Желяк Р.І., Мелень М.В., 2003. 1. МЕТА РОБОТИ Метою роботи є експериментальне дослідження процесу детектування амплі-тудно-модельованих коливань у нелінійних колах. 2. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ Процес детектування коливань заключається у відновленні керуючого сигналу із модульованого високочастотного коливання. Детектування є процесом оберненим до процесу модуляції. В тих випадках, коли потрібно підкреслити цю обставину, поряд з терміном “детектування” (відновлення), застосовують термін “демодуляція” коливань. Відповідно основним видам модуляції при гармонічному переноснику розрізняють амплітудне, частотне і фазове детектування. Процес детектування модульованих сигналів заключається в наступному. На вхід детектора подається модульоване коливання, яке містить тільки високочастотні складові: несуче коливання і бокові частоти модуляції. На виході детектора виділяється напруга з низькочастотним спектром повідомлення, що передається. От-же, детектування супроводжується трансформацією частотного спектру і не може бути здійснено без використання нелінійних кіл або лінійних кіл із змінними пара-метрами. EMBED Visio.Drawing.6 Рис. 1. Узагальнена схема діод-ного детектора. Принцип детектування амплітудно-модульованих коливань пояснимо з допомо-гою узагальненої схеми, приведеної на рис. 1. На вхід детектора діє високочастотне ко-ливання з несучою частотою 0 і амплітудою Е(t), яка змінюється по закону повідомлення, що передається. Вихідна напруга uвих.(t), яка знімається з лінійного навантаження R, певним чином зв’язана з амплітудою Е(t). Характер цього зв’язку визначається формою характе-ристики нелінійного елемента VD, положенням робочої точки на характеристиці і амплітудою вхідних коливань. Найбільш важливою характеристикою детектора, яка дозволяє судити про якість детектування, є характеристика детектування. Характеристика детектування – це залежність постійної складової струму детектора EMBED Equation.3 (або постійної складової напруги EMBED Equation.3 на виході детектора) від амплітуди високочастотної вхідної напруги (з частотою несучого коливання EMBED Equation.3 ). Допустимо, що в якості нелінійного елемента використовується діод і робоча точка вибрана на нижньому згині характеристики діода (рис. 2). При апроксимації вольт-амперної характеристики (ВАХ) діода поліномом 2-ї степені струм через діод описується виразом EMBED Visio.Drawing.4 Рис.2 Режим роботи квадратичного детектора. EMBED Equation.3 (1) де EMBED Equation.3 - миттєве значення високочастотного АМ-сигналу. Корисний сигнал (інформація) міститься в останньому, низькочастотному, доданку, а високочастотні складові 0 і 20 при детектуванні є некорисними і повинні бути відфільтровані. Ці вимоги виконуються при використанні в якості навантаження детектора паралельного з’єднання резистора і ємності. В результаті приходимо до схеми діодного детектора, показаної на рис. 3. Таким чином, корисна складова сигналу EMBED Visio.Drawing.4 EMBED Equation.3 (2) пропорційна квадрату амплітуди вхідної напруги. Отже, при малих амплітудах детектування є квадратичним. При цьому напруга uвих.(t) на навантаженні, яке являється лінійним колом, пропорційна інч, а отже квадрату амплітуди вхідного сигналу Е(t). Однак це не є перешкодою для правильного відтворення форми імпульсних (прямокутних) сигналів. Нелінійність характеристики детектування в даному випадку проявляється тільки в тому, що амплітуда імпульса на виході детектора пропорційна квадрату амплітуди високочас-тотної напруги на вході детектора. Інакше обстоїть справа при квадратичному детектуванні коливань, обгинаюча яких являється неперервною функцією часу, як це має місце, наприклад, при переда-чі мови, музики тощо. Для спрощення міркувань розглянемо однотональну АМ-мо- модуляцію. Підставивши у вираз (2) EMBED Equation.3 отримаємо EMBED Equation.3 Зауважимо, що при відсутності модуляції (М=0), тобто коли на детектор діє ли-ше коливання несучої частоти, середнє значення струму дорівнює EMBED Equation.3 , а при однотональній модуляції середнє значення струму отримує постійний по величині відносний приріст, рівний М2/2. Змінна частина струму містить два доданки: а) корисний, який відтворює сигнал 2Мsint, б) шкідливий, який являється другою гармонікою сигналу (М2/2)cos2t. Звідси випливає, що коефіцієнт гармонік, дорівнює в даному випадку відно-шенню амплітуди другої гармоніки до амплітуди першої, Кг2 = 0,5М2/2М = М/4. При 100%-ній модуляції Кг2 = 0,25 = 25%. При одночасній модуляції двома частотами 1 і 2 в вихідній напрузі детектора поряд з гармоніками 21 і 22 виникають ще й комбінаційні частоти виду 1 + 2 і 1 - 2 з амплітудами, пропорційними добутку парціальних коефіцієнтів модуляції М1 і М2. Ці складові, а також цей результат неважко отримати, якщо у вираз (2) підставити EMBED Equation.3 Гармоніки чинять сильний вплив на розбірливість і тембр сигналу. Тому зас-тосування квадратичного детектування недоцільне в тих випадках, коли потрібне неспотворене відтворення сигналів (мова, музика і т.д.). Розглянемо процес детектування сильних сигналів. Припустимо, що на вхід схеми детектора, приведеного на рис.3, діє сигнал достатньо великої амплітуди, а елементи R i C вибрані таким чином, що кут відтину струму дуже малий і випрямлена напруга на R майже не відрізняється від амплітуди Е(t) вхідного сигналу. При модуляції отримується режим роботи діода, приведений на рис. 4. Напруга зміщення діода, яка утворюється постійною складовою струму на резисторі R і змінюється пропорційно амплітуді вхідного сигналу, є вихідною напругою детектора. При достатньо великій (порівняно з періодом високої частоти Т = 2/0) постійній часу RC напруга на виході відтворює обгинаючу амплітуд вхідної напруги, тобто повідомлення, що передається. Таким чином, зв’язок між вихідною напругою (продетектованою) uвих(t) і обгинаючою вхідного сигналу Е(t) отримується майже лінійним. В цьому розумінні детектор, який працює в режимі великих сигналів і з навантаженням, яке забезпечує близькість напруг uвих(t) і Е(t), називаєть- Рис. 4. Режим детектування АМ коливань при великих амплітудах (лінійне детектування). ся лінійним детектором. При цьому не слід, звичайно, забувати, що детектор, який працює з відтином струму, є нелінійним пристроєм. Ця нелінійність обумовлена формою характеристики діода і представляє собою ломану лінію, яка складається з ділянки осі абсцис (при u  0) і похилої лінії (при u  0), із зломом поблизу точки u = = 0. У цьому випадку можна використати кусково-лінійну апроксимацію вольт-амперної характеристики. При цьому постійна складова струму EMBED Equation.3 , (4) де EMBED Equation.3 - крутість вольт-амперної характеристики; EMBED Equation.3 - амплітуда високо-частотного вхідного сигналу; EMBED Equation.3 - коефіцієнт гармонічного розкладу для постійної складової; EMBED Visio.Drawing.4 EMBED Equation.3 - кут відтину. Якщо режим роботи нелінійного елемента вибрати так, щоб кут відтину був рівним EMBED Equation.3 , то в даному випадку коефіцієнт EMBED Equation.3 і не залежить від амплітуди прикладеної напруги. При цьому маємо лінійну залежність між EMBED Equation.3 і EMBED Equation.3 , тобто характеристика детектування є лінійною. Таке детектування називається лінійним і здійснюється без нелінійних спотворень. Режим модуляції накладає на вибір елементів навантаження детектора додатко-ві обмеження. Як видно з рис. 4, необхідно, щоби постійна часу кола навантаження була мала в порівнянні з періодом модуляції. В протилежному випадку зміна випрямленої напруги на навантаженні може відставати від зміни обгинаючої вхідного сигналу (відбувається нелінійне спотворення сигналу). Так як ці спотво-рення обумовлені тісною взаємодією нелінійного елемента (діода) з лінійним колом(RC), степінь нелінійних спотворень залежить не тільки від параметрів кола і глибини модуляції, але також і від частоти модуляції. Ці спотворення зростають з підвищенням частоти, а також глибини модуляції вхідного сигналу. Для усунення цих спотворень необхідно, щоб RC  2/. Однак для згладжування високочастот-них пульсацій потрібне виконання нерівності RC  2/0. Поєднуючи ці дві умови, отримуємо нерівність 2/0  RC  2/. (5) Звичайно частоти 0 і  сильно відрізняються (  0) і умова (4) виконуєть-ся. При імпульсній модуляції обгинаючої в правій частині нерівності (4) замість періоду модуляції 2/ слід підставляти тривалість імпульсу. При цьому робиться припущення, що інтервали між імпульсами великі в порівнянні з тривалістю імпульса. При дуже коротких імпульсах, тривалість яких всього тільки в декілька раз перевищує період Т0 = 2/0, виникають труднощі в розділенні обгинаючої і високочастотного заповнення. 3. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ 1. Що називають детектуванням? 2. Чому детектування неможливо здійснити в схемі з лінійними елементами? 3. Накресліть структурну схему детектора. 4. Поясніть процес здійснення детектування АМ-коливання для випадку то- нальної модуляції. 5. Як вибрати елементи RC фільтра, щоб детектування проходило без частотних спотворень? 6. Що називають характеристикою детектування? 7. Як здійснюється детектування слабких сигналів? 8. Що називають лінійним детектуванням? 4. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА Зібрати схему експерименту згідно рис. 3 або скористатись лабораторним макетом, передня панель якого приведена на рис. 5. 1. Підготувати до роботи такі прилади: ГСС, електронний вольтметр, осцилог-лограф. 2. Зняти характеристику детектування EMBED Equation.3 . Для цього до входу схеми діодного детектора (або до входу Uвх1 макету) під’єднати ГСС, а до виходу детекто-ра (або до виходу Uвих1 макету) електронний вольтметр. Змінюючи вихідну напругу ГСС від нуля через 0,1 В до 1 В виміряти вихідну (випрямлену) напругу EMBED Equation.3 . Дані занести в таблицю і побудувати характеристику детектування. По харак-теристиці детектування визначити діапазон значень вхідної напруги EMBED Equation.3 , в гра-ницях якої характеристика детектування є лінійна, та діапазон значень вхідної нап- руги, при яких детектування буде квадратичним. З графіка визначити амплітуду EMBED Visio.Drawing.6 Рис. 5. Передня панель макету для проведення експерименту. руги, при яких детектування буде квадратичним. З графіка визначити амплітуду вхідної напруги EMBED Equation.3 , яка відповідає середині лінійної ділянки характеристики та EMBED Equation.3 , яка відповідає середині квадратичної ділянки характеристики. 3. Дослідити процес лінійного детектування. Встановити амплітуду вихідної напруги генератора рівною EMBED Equation.3 (рис. 6). До виходу схеми лінійного детектора під’єднати осцилограф. Потенціометром ”Установка EMBED Equation.3 ” по ГСС виставити максимальну глибину модуляції EMBED Equation.3 . EMBED Visio.Drawing.4 Рис. 6. Переконатись в тому, що детектування проходить без спотворень, для чого осцилограф почергово під’єднувати до входу та до виходу схеми. Замалювати осцилограми напруг на вході і на виході детектора. Зменшити глибину модуляції. Переконатися, що детектування є лінійним. 4. Зменшивши амплітуду несучого коливання ГСС до EMBED Equation.3 і змінюючи гли-бину модуляції переконатись в наявності квадратичного детектування. Замалювати осцилограми вхідної та вихідної напруг у випадку квадратичного детектування. 5. Зняти залежність амплітуди вихідної напруги EMBED Equation.3 продетектованого сиг-налу від модулюючої частоти . Для цього тумблер на ГСС перемкнути в положення ”Зовнішня модуляція”. Модуляцію проводити за допомогою ЗГ. Встано-вити EMBED Equation.3 . Модулюючу частоту  змінювати від EMBED Equation.3 Гц до EMBED Equation.3 Гц. Побудувати графік залежності амплітуди вихідної напруги EMBED Equation.3 від модулюючої частоти. 6. Дослідити вплив елементів фільтра на процес детектування, для чого на вхід схеми діодного детектора подати коливання від ГСС, амплітудою 0,8 В, та частотою в границях 0, … 1 МГц. До виходу схеми під’єднати осцилограф. Замалювати осцилограму напруги на виході детектора при від’єднаному конденсаторі. Під’єд-нати конденсатор. Величину ємності конденсатора взяти рівною 100 пФ, 0,05 мкФ. Замалювати осцилограми вихідної напруги для різних значень ємності С. При використанні макета (рис. 5) для дослідження впливу елементів фільтра на процес детектування слід міняти положення перемикача ФНЧ, змінюючи тим самим постійну часу RC ланки. 5. ЗМІСТ ЗВІТУ Звіт повинен містити: 1. Назву і мету роботи. 2. Схему детектора. 3. Графіки та осцилограми, одержані з експерименту. 4. Аналіз експериментальних даних, висновки. 6. ЛІТЕРАТУРА 1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигнали. - М.: Советское радио, 1986, с. 242 - 247. 2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высш. шк., 1983. - с. 286 - 290. 3. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1982. Навчальне видання Детектування сигналів з амплітудною модуляцією Методичні вказівки до лабораторної роботи № 13 з предмету “Сигнали та процеси в радіоелектроніці” для студентів базового напряму “Радіотехніка” Упорядники: Желяк Р.І., Мелень М.В.

Методичні вказівки до лабораторної роботи Сигнали та процеси в радіоелектроніці

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись