16345

Прохождение сигналов через нелинейные цепи

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Прохождение сигналов через нелинейные цепи Методические указания к лабораторной работе Лабораторная работа по исследованию преобразования спектров сигналов нелинейных цепях используется в процессе изучения курса €œРадиотехнические цепи и сигналы€ студентами ...

Русский

2013-06-20

113.39 KB

26 чел.

Прохождение сигналов через нелинейные цепи

Методические указания к лабораторной работе

Лабораторная работа по исследованию преобразования спектров сигналов нелинейных цепях используется в процессе изучения курса “Радиотехнические цепи и сигналы” студентами специальности 201600 “Радиоэлектронные системы”. Лабораторная работа “ Прохождение сигналов через нелинейные цепи ” построена на базе алгоритмов дискретного преобразования Фурье и выполнена в форме приложения для Windows 95...98/2000/ Millenium/NT.

  Ил. 7, список лит. 4 назв.

 Одобрено учебно-методической комиссией приборостроительного факультета для специальности 201600 “Радиоэлектронные системы”.

 Рецензент Н. Г. Гайсов.

                                                                      Издательство ЮУрГУ, 2002

1. Введение

 

 Лабораторная работа выполняется с использованием цифровой программной модели лабораторного стенда, выполненной в форме Windows - приложения. Укрупнённая структурная схема модели приведена на рис.1.

Рис. 1.

Назначение всех элементов этой схемы очевидно и не требует дополнительных пояснений.

 Сигнал, сформированный управляемым модулем формирования сигнала, поступает в модуль нелинейного преобразования, вычисляющий реализацию выходного сигнала. Модуль спектрального анализа, вычисляет спектры входного и выходного сигналов. Вычисленные Амплитудные спектры сигналов отображаются модулем отображения в соответствующих окнах.

Одновременно в соответствующих окнах отображаются реализации входного и выходного сигналов

 Условия эксперимента, определяемые формой и параметрами сигнала, а также характеристиками нелинейного преобразователя, задаются в главном рабочем окне приложения.

 Параметры и форма сигнала и нелинейного преобразователя, задаются с помощью соответствующих элементов ввода и редакции данных, расположенных на поле главного рабочего окна.

 Более подробное описание модели стенда приведено в приложении к данным методическим указаниям.

  1.  Цель лабораторной работы

- ознакомиться с методами представления характеристик нелинейных цепей;

- закрепить теоретические положения анализа прохождения сигналов через нелинейные цепи;

- экспериментально исследовать зависимость характеристик спектра, формы и основных параметров сигнала на выходе нелинейной цепи, от формы и параметров входного сигнала и вида и характеристик нелинейной цепи (особое внимание следует уделить исследованию деформации спектра сигнала нелинейной цепью);

- проверить степень согласования экспериментальных данных с соответствующими теоретическими положениями.

 3. Расчетное задание

 

 Рассчитать и построить спектры  на входе и выходе нелинейной цепи для двух – трёх  сигналов, заданных преподавателем и для двух форм нелинейной характеристики, также заданных преподавателем (задание выдаётся на подготовительном занятии).

 

  4. Порядок выполнения работы и методические указания

 

 Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо:

  1.  Ознакомиться с приведенным в приложении описанием цифровой программной модели лабораторного стенда.
  2.  Спланировать программу лабораторного исследования в соответствии с целью лабораторной работы.
  3.  Выбрать и согласовать с преподавателем виды сигналов и виды нелинейных цепей, которые позволят Вам наиболее полно и наглядно объяснить влияние характеристик нелинейной цепи на характеристики спектра сигналов.

 При выполнении лабораторной работы необходимо получить семейство графиков, характеризующих зависимость характеристик спектров от формы и параметров сигналов и формы и параметров нелинейной цепи.

 При выполнении работы обратите внимание на возможные отклонения расчётных и экспериментальных данных.

 В связи с тем, что физический смысл факторов, определяющих связь спектральных и временных характеристик сигналов, довольно сложно выяснять, не имея графических иллюстраций, рекомендуется сохранять для помещения в отчёт наиболее характерные осциллограммы сигналов и их спектров, изображенных в главном окне приложения (в графической форме, или в форме текстового файла).

5. Требования к содержанию отчета

 

 Отчет по лабораторной работе должен содержать следующие материалы:

  1.  Материалы экспериментального исследования с указанием условий эксперимента, в том числе, с указанием временной структуры сигнала и его параметров.
  2.  Результаты выполнения расчетного задания. Графические изображения расчетных и экспериментальных зависимостей для одинаковых условий необходимо строить на общих координатных осях и в одинаковом масштабе.
  3.  Анализ результатов эксперимента с обоснованием причин выявленных отклонений результатов эксперимента от расчетных данных.
  4.  Список литературы, использованной при подготовке к лабораторной работе и при выполнении расчетного задания.

Примечание: Ссылки на литературные источники в тексте отчёта обязательны.

6.Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте основные способы аппроксимации характеристик нелинейных элементов.

2. Что такое угол отсечки? Как для усилителя с отсечкой определить угол отсечки?

3. Дайте сравнительную характеристику условий применимости двух видов коэффициентов Берга ( ).

4. Найдите спектральный состав выходного сигнала, если её характеристика имеет вид полного полинома третьей степени, а на вход подаётся: а) гармонический сигнал с частотой ; б) бигармонический сигнал вида – .

5. Какие члены полинома, аппроксимирующего характеристику нелинейной цепи, участвуют в определении амплитуд третьей и шестой гармоник выходного сигнала, если на вход подаётся гармонический сигнал?

6. В каких случаях нелинейный элемент можно рассматривать как линейный элемент с переменными параметрами?

7. Поясните работу резонансного усилителя с отсечкой в режиме больших колебаний. Изобразите его эквивалентную схему.

8. Нарисуйте схему резонансного умножителя частоты на n и поясните требования к параметрам нелинейного элемента схемы.

9. Из каких соображений выбирается оптимальный угол отсечки в схеме резонансного умножителя частоты.

10. Нарисуйте эквивалентную схему ограничителя амплитуды и поясните её принцип действия. Что называют характеристикой ограничения?

 7. Рекомендуемая литература

  1.  Гоноровский И. Р. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для ВУЗов – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Радио и связь, 1986. – 512 с.: ил.
  2.  Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебное пособие для ВУЗов по спец. «Радиотехника» - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1988. – 208 с.:ил.
  3.  Радиотехнические цепи и сигналы. Примеры и задачи: Учебное пособие для ВУЗов/Под ред. И. С. Гоноровского – М.: Радио и связь, 1989. – 248 с.:ил.
  4.  Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. Руководство к решению задач: Учеб. пособие для радиотехн. спец. Вузов. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Высш. шк., 2002. – 214 с.: ил.

                                                                                   Приложение

ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

1.П. Общие положения.

Для исследования характеристик спектрального анализа периодических сигналов Вашему вниманию предлагается программная цифровая модель, оснащённая удобным интерфейсом управления параметрами сигналов и визуального контроля деформации спектра при изменении параметров сигнала.

 Структурная схема модели приведена на рисунке 1.П. Назначение всех элементов этой схемы очевидно и не требует дополнительных пояснений.

Рис. 1.П.

 Сигнал, сформированный управляемым модулем формирования сигнала, поступает в модуль нелинейного преобразования, вычисляющий реализацию выходного сигнала. Модуль спектрального анализа, вычисляет спектры входного и выходного сигналов. Вычисленные амплитудные спектры и реализации сигналов отображаются модулем отображения в соответствующих окнах в форме осциллографических изображений.

 Условия эксперимента, определяемые формой и параметрами сигнала, а также характеристиками нелинейного преобразователя, задаются в главном рабочем окне приложения.

 Параметры и форма сигнала и нелинейного преобразователя, задаются с помощью соответствующих элементов ввода и редакции данных, расположенных на поле главного рабочего окна.

   2.П. Главное рабочее окно приложения

 Сигналы и их спектры на входе и выходе нелинейной цепи, а также характеристика нелинейной цепи отображаются модулем отображения в главном рабочем окне, в поле для  визуального контроля, в форме осциллографического изображения. Примерный вид главного рабочего окна приведён на рисунке 2.П.

Рис. 2.П.

 Массивы отсчётов сигналов и значений амплитудных спектров формируются и обновляются при любых изменениях параметров сигнала и могут быть сохранены в форме текстовых файлов для использования в отчётах по лабораторной работе.  Для сохранения данных эксперимента воспользуйтесь меню главного окна «Сохранить/Имидж окна», «Сохранить/Значения сигнала», «Сохранить/Спектры сигналов» или «Сохранить/Все данные» (см. Рис. 3.П.)

Рис. 3.П.

 Значения сигнала и спектральный ряд сигнала, сохранённые в текстовых файлах, могут быть использованы в других  работах лабораторного комплекса по курсу «Радиотехнические цепи и сигналы».

Формат данных текстового файла значений сигнала имеет следующий вид:

Строка символов (заголовок в произвольной форме, содержащий номер эксперимента)

Строка символов (возможно, шапка таблицы:   Отсчёт      Уровень   )

Строка данных:  Целое без знака (Integer)  Реальное со знаком (Float)

Строка данных:  Целое без знака (Integer)  Реальное со знаком (Float)

 Формат данных текстового файла спектров сигналов имеет следующий вид:

Строка символов («Спектр входного сигнала в эксперименте № » Целое без знака(Integer)  )

Строка символов (возможно, шапка таблицы:   Отсчёт      Амплитуда        Фаза   )

Строка данных:  Целое без знака (Integer)  Реальное со знаком (Float)  Реальное со знаком (Float)

…  (Всего 135 строк)

Строка данных:  Целое без знака (Integer)  Реальное со знаком (Float)  Реальное со знаком (Float)

Строка символов («Спектр выходного сигнала  » Целое без знака(Integer)  )

Строка символов (возможно, шапка таблицы:   Отсчёт      Амплитуда        Фаза   )

Строка данных:  Целое без знака (Integer)  Реальное со знаком (Float)  Реальное со знаком (Float)

…  (Всего 135 строк)

Строка данных:  Целое без знака (Integer)  Реальное со знаком (Float)  Реальное со знаком (Float)

Вид входного сигнала задаётся в главном рабочем окне приложения с помощью меню «Входной сигнал», а его амплитудас помощью окна редактирования, оснащённого кнопками типа «Up/Down».Все изменения  немедленно отражаются в изображении осциллограмм сигналов и спектров.

 Считывание числовых значений отсчётов сигналов или значений любого из амплитудных спектров можно осуществить, приблизительно совместив положение курсора «мыши» с необходимым элементом осциллограммы и нажав левую клавишу «мыши» (см. Рис. 4.П.).

Рис. 4.П.

Вид характеристики нелинейной цепи выбирается с помощью меню главного окна «Характеристика Н.Э.». Уровень ограничения или уровень отсечки в характеристике нелинейной цепи управляются с помощью движковых регуляторов (См. Рис. 5.П.).

Рис. 5.П  

 В нижней части главного рабочего окна приложения (см. Рис. 2.П.) помещено окно редактирования номера эксперимента. Номер эксперимента необходим для правильного распознавания сохранённых данных, и при смене вида сигнала наращивается автоматически. Однако при изменении только параметров входного сигнала и нелинейной цепи необходимо корректировать его вручную, если сохраняются данные эксперимента для одной и той же формы сигнала, но при разных значениях его параметров.

  3.П. Окно ввода произвольной формы сигнала.

   Для исследования нелинейного преобразования сигнала произвольной формы служит специальное окно «Задание формы сигнала», которое вызывается из меню главного рабочего окна «Вид сигнала / Произвольный».

Вид окна «Произвольный сигнал» приведён на рисунке 6.

Рис. 6.

В этом окне можно редактировать форму сигнала, оперируя соответствующими кнопками, или загрузить данные из файла с расширением .txt, содержащего отсчёты в текстовой форме. Такой файл может быть вызван из специальной библиотеки или подготовлен при выполнении расчётного задания в процессе подготовки к лабораторной работе.

Для загрузки отсчётов сигнала из текстового файла необходимо вызвать диалог загрузки, нажав клавишу «Загрузить».

 

  Для загрузки отсчётов сигнала из текстового файла необходимо вызвать диалог загрузки, нажав клавишу «Загрузить». Формат данных текстового файла описан выше.

 

Для использования загруженных или отредактированных отсчётов сигнала необходимо нажать клавишу «Принять», а для отмены данных – клавишу «Отменить».


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84616. Маркетинговые службы в системе управления предприятием ресторанно-гостиничного бизнеса, их функции и задачи 72.32 KB
  На Западе о маркетинге заговорили лишь начиная с середины девятнадцатого века. Первым, кто высказал предположение о том, что маркетинг должен быть центральным направлением деятельности предприятия, а работа с собственным кругом потребителя – задачей менеджера, был Сайрус Маккормик.
84617. Кодирование информации в защищенных компьютерных сетях 833.5 KB
  При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды. В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используются только значение потенциала сигнала, а его перепады, формирующие законченные импульсы, во внимание не принимаются.
84618. Технология приготовление длинных смешанных напитков: джулепы, коблеры, кулеры, сэнгер, флипы, слинги 1.27 MB
  Длинные смешанные напитки — это напитки объемом более 150 мл, разбавленные наполнителем. Наполнитель может быть газированным (вода из сифона, фруктово-ягодные напитки, минеральная вода, тонические воды) и негазированным (соки). Приготавливают длинные напитки путем смешивания компонентов в питьевом стакане.
84619. НАЦИОНАЛИЗМ КАК СУБЪЕКТИВНОЕ ОСНОВАНИЕ ДЛЯ РАЗЖИГАНИЯ ЭТНИЧЕСКИХ КОНФЛИКТОВ В РОССИИ 64.52 KB
  Предыстория осетино-ингушского конфликта. Динамика и последствия осетиноингушского конфликта. Причины осетино-ингушского конфликта. Возможные варианты урегулирования осетинО-ингушского конфликта.
84620. ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ ЭМОЦИЙ 410.5 KB
  Эмоции и чувства –- это своеобразный инструмент удерживающий жизненный процесс в его оптимальных границах и предупреждающий разрушительный характер недостатка или избытка каких-то факторов в жизни данного человека П. Психические состояния отражают внутренний ритм и биологические потенциалы человека которые...
84621. Технология, организация и управление пассажирскими перевозками при мощности пассажиропотока в час пик 2600 пассажиров и протяженности маршрута 17 км 1.81 MB
  Сегодня одной из самых востребованных отраслей в транспортном секторе стали пассажирские перевозки автобусами. Однако в этом виде деятельности существуют специфические риски – их нужно внимательно изучить, чтобы полноценно пользоваться этой услугой.
84622. ЛИНЕЙНЫЙ ОДНОКАСКАДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ СИГНАЛА ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ 433 KB
  Рассчитать элементы схемы однокаскадного усилителя, удовлетворяющего указанным техническим требованиям: Усилительный каскад выполнить по заданной схеме с общим эмиттером; Рекомендуемый тип транзистора КТ363А; Амплитуда неискаженного выходного сигнала не менее 2,5 В...
84623. Методические указания: Организация туристского бизнеса 389.5 KB
  Комплексная курсовая работа предусматривает сбор и анализ материалов по конкретному туристско-рекреационному региону. Выбор туристско-рекреационного региона для анализа в курсовой работе осуществляется студентом в соответствии с порядковым номером в зачетно-экзаменационной ведомости.
84624. Анализ оборачиваемости оборотных средств 100.65 KB
  Проблема адаптации зарубежного опыта в области управления запасами к реалиям транзитивной экономики России является актуальной в настоящее время. Однако запасы нельзя исследовать в отрыве от других элементов оборотных средств. Научный подход к управлению оборотными средствами должен...