6014

Исследование детекторов частотно-модулированных сигналов

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Радиоприемные устройства Исследование детекторов частотно-модулированных сигналов 1. Цель работы Изучение принципов работы и основных характеристик детекторов частотно-модулированных колебаний. Экспериментальное исследование схем частотных детекторо...

Русский

2012-12-27

413 KB

70 чел.

Радиоприемные устройства

Исследование детекторов частотно-модулированных сигналов

1. Цель работы

Изучение принципов работы и основных характеристик детекторов частотно-модулированных колебаний. Экспериментальное исследование схем частотных детекторов (ЧД) с двумя взаимно расстроенными контурами и автокорреляционного (с элементом задержки).

2. Расчетная часть

Исходные данные для расчета:

Средняя частота сигнала

Девиация частоты

Обобщенная начальная расстройка контуров

Коэффициент усиления по напряжению усилителя-ограничителя

Коэффициент передачи диодных детекторов

Напряжение на входе ЧД

1. Рассчитать эквивалентную добротность контуров частотного детектора на расстроенных контурах из условия получения требуемой начальной расстройке, равной девиации частоты полезной модуляции.

2. Рассчитать и построить детекторную характеристику ЧД на расстроенных контурах Uвых=ψ(∆f) при добротности контуров рассчитанных в первом пункте.

∆f, кГц

ψ(∆f)

Uвых, В

30

0,065465279

0,366606

28

0,076337433

0,42749

26

0,090283403

0,505587

24

0,108630811

0,608333

22

0,133534546

0,747793

20

0,168692107

0,944676

18

0,220880808

1,236933

16

0,303437394

1,699249

14

0,443492082

2,483556

12

0,679188793

3,803457

10

0,868202436

4,861934

8

0,653041474

3,657032

6

0,389668088

2,182141

4

0,218578632

1,22404

2

0,099077492

0,554834

0

0

0

-2

-0,09907749

-0,55483

-4

-0,21857863

-1,22404

-6

-0,38966809

-2,18214

-8

-0,65304147

-3,65703

-10

-0,86820244

-4,86193

-12

-0,67918879

-3,80346

-14

-0,44349208

-2,48356

-16

-0,30343739

-1,69925

-18

-0,22088081

-1,23693

-20

-0,16869211

-0,94468

-22

-0,13353455

-0,74779

-24

-0,10863081

-0,60833

-26

-0,0902834

-0,50559

-28

-0,07633743

-0,42749

-30

-0,06546528

-0,36661

3. Рассчитать максимально допустимую задержку сигнала в автокорреля-ционном ЧД и величину задержки, при которой фазовый сдвиг между входным и задержанным сигналами будет равен 90° на средней частоте fo.

Максимально допустимую задержку сигнала определяем из условия:

Тогда

Величину задержки, при которой фазовый сдвиг равен 90°, определяем из равенства:

Тогда

3. Описание схем лабораторной работы

В работе исследуется балансный ЧД на расстроенных контурах и автокорреляционный (с элементом задержки). Схемы для исследований приведены на рисунках 1 и 2. На рисунке 1 представлена схема ЧД на расстроенных контурах. Детектор относится к типу частотно-амплитудных. Преобразователем вида модуляции служат два контура, настроенных на частоты f1 и f2, с начальной расстройкой ∆fо в разные стороны относительно средней частоты сигнала fo. Амплитудные детекторы выполнены на диодах VD1 и VD2 и включены по схеме вычитания. Схема является аналоговым прототипом цифрового частотного детектора, в котором используются цифровые фильтры, чаще всего второго порядка, с цифровыми амплитудными детекторами.

Рисунок 1 - Схема ЧД на расстроенных контурах

Рисунок 2 – Схема автокорреляционного ЧД

На транзисторе VT1 и VT2 выполнен последний каскад тракта промежуточной частоты в режиме амплитудного ограничителя. Он представляет собой усилительный каскад с эмиттерной связью.

Для исследования на вход схемы подаётся сигнал с генератора G1 или G2, амплитуда которого контролируется вольтметром PV1. На выходе ограничителя напряжение сигнала с амплитудой Uогр измеряется вольтметром PV2. Выпрямленные напряжения U1 и U2 на нагрузочных резисторах R9 и R10 и напряжение на выходе ЧД Uвых =U1-U2 измеряются соответственно вольтметрами PV3, PV4 и PV5.

При помощи графопостроителя можно видеть АЧХ резонансных контуров. Осциллограф позволяет наблюдать визуально сигнал в отдельных частях схемы.

На рисунке 2 приведена схема автокорреляционного частотного детектора. На входе схемы присутствует триггер Шмитта на микросхеме DD1, который преобразует аналоговый сигнал в последовательность импульсов прямоугольной формы. Инвертор DD2 позволяет избавиться от инверсии в триггере DD1 и наилучшим образом согласовать полученный сигнал с входными уровнями микросхемы DD3 и линией задержки Delay. Задержка сигнала в одной линии задержки Delay на основной частоте f0 составляет 90°.

Одна из возможных схемных реализаций линии задержки представлена на рисунке 3. Здесь сдвиг сигнала на выходе буфера появляется за счет ненулевого времени распространения. Величину задержки можно изменять, включая элементы последовательно.

Рисунок 3 – Схема задержки сигнала

Фазовый детектор (ФД) состоит из перемножителя, реализуемого в виде схемы совпадений на элементе 2И микросхемы DD3 и интегратора или фильтра нижних частот Int. Возможна и цифровая реализация ЧД на микропроцессоре. Напряжение сигнала на выходе схемы измеряется вольтметром PV1. Для визуального наблюдения сигнала служит осциллограф. Переключатель SA1 позволяет подавать на вход схемы сигнал с генератора частотно-модулированного сигнала G1 или с генератора синусного напряжения G2 при исследовании детекторных характеристик. При помощи переключателя SA4 можно также подать на вход схемы частотно-манипулированный сигнал с модулятора G3, при этом на выходе появляется возможность визуального наблюдения модулирующего сигнала генератора G4. Задержку сигнала можно изменять ступенчато, т.е. 45°, 90° и 135° при помощи переключателей SA2 и SA3. В зависимости о положения этих переключателей в схему включается одна, две или три линии задержки на 45°

4. Задание

4.1. В схеме ЧД на расстроенных контурах снять зависимости выпрямленных напряжений U1 и U2 на нагрузочных сопротивлениях детектора R9 и R10 от частоты входного сигнала. На основе полученных зависимостей построить детекторную характеристику ЧД.

4.2. Снять экспериментальную детекторную характеристику ЧД на расстроенных контурах и сравнить её с полученной в пункте 4.1.

4.3. Снять амплитудную характеристику усилителя-ограничителя в схеме ЧД на расстроенных контурах. Зарисовать форму сигнала на выходе амплитудного ограничителя и сравнить её со входной.

4.4. В схеме автокорреляционного ЧД исследовать зависимости детекторных характеристик от величины задержки входного сигнала. Зарисовать форму сигнала на входе и выходе триггера Шмитта.

4.5. Исследовать работу автокорреляционного ЧД при воздействии на входе частотно-модулированного и частотно-манипулированного сигнала.

5. Указания к выполнению экспериментальной части

5.1 Снятие зависимостей выпрямленных напряжений U1 и U2 на нагрузочных сопротивлениях R9 и R10 от частоты входного сигнала

Схема ЧД на расстроенных контурах (рисунок 1). С генератора подать на вход схемы немодулированное колебание напряжением Uвх=0,5 В. Изменяя частоту генератора G2 в пределах 70...130 кГц снять зависимость выходного напряжения U1 от частоты. Особое внимание обратить на точность измерения на частоте, соответствующей максимальному значению напряжения U1.

Аналогично провести измерение напряжения U2.

Полученные зависимости U1 и U2 с учетом знака построить на одном графике.

Затем на тех же координатных осях построить детекторную характеристику Uвых=ψ(∆f), где Uвых =U1-U2.

Зарисовать АЧХ расстроенной пары контуров (с экрана графопостроителя).

5.2 Снятие детекторной характеристики ЧД на расстроенных контурах

Подать на вход схемы с генератора G2 сигнал 0,5 В. Изменяя частоту генератора в пределах 70...130 кГц снять зависимость выходного напряжения Uвых от частоты, т. е. детекторную характеристику. Необходимо особо отметить среднюю частоту детекторной характеристики, на которой выходное напряжение равно нулю, а также частоты, соответствующие максимальному положительному и отрицательному положению на выходе ЧД. Сравнить полученные результаты с характеристикой полученной в пункте 5.1.

5.3 Снятие амплитудной характеристики-усилителя ограничителя

Установить частоту входного сигнала генератора G2 равной средней частоте f0 = 100 кГц. Изменяя входное напряжение от 0 до 1 В с шагом 0,05 В, снять амплитудную характеристику Uогр = ψ(Uвх). Оценить пороговое напряжение. Uвх.пор=0,2В

Зарисовать осциллограммы напряжений на входе и выходе ограничителя при действии амплитудно-модулированного сигнала генератора G1 с коэффициентом модуляции m=0.5 и уровне входного сигнала выше порогового для чего клавишей “Space” подключить генератор АМ. Оценить эффективность амплитудного ограничителя.

5.4 Исследование зависимости детекторных характеристик автокорреляционного частотного детектора от величины             задержки входного сигнала

Схема автокорреляционного ЧД по рисунку 2. Установить максимально допустимую задержку входного сигнала τ, согласно предварительному расчету. Изменяя частоту генератора G2 в пределах 50...150 кГц снять детекторную характеристику Uвых=ψ(f).

Аналогично установить задержку, при которой фазовый сдвиг между входным и задержанным сигналам будет равен 45°, 90° и 135° . Построить детекторные характеристики для различных τ на одном графике. Сделать выводы.

5.5 Исследование работы автокорреляционного ЧД                                  при воздействии на входе частотно-модулированного                                   и частотно-манипулированного сигнала

Установить задержку 90°, при этом SA2 находится в вержнем, а SA3 в нижнем положении. Подключить на вход сначала ЧМ-генератор G1, зарисовать осциллограммы на выходе автокорреляционного ЧД при воздействии на входе частотно-модулированного сигнала. Частота модулирующего сигнала равен 1 кГц.

Затем подать на вход сигнал с частотного манипулятора G3, зарисовать осциллограммы на выходе автокорреляционного ЧД. Период повторения модулирующих импульсов равен 3,8 мс.

6. Выводы по результатам исследования

Качество детектирования определяется шириной и линейностью рабочего участка характеристики. Недостатком ЧД на двух взаимно расстроенных контурах является сильная зависимость формы детекторной характеристики от расстройки контуров, вызванной дестабилизирующими факторами. Для получения симметричной статической характеристики ЧД полосы пропускания обоих контуров должны быть одинаковыми. Несмотря на сложность в настройке, ЧД на двух взаимно расстроенных контурах используется в РПрУ, где допустимые нелинейные искажения не должны превышать долей процентов. 

Достоинством ЧД с линией задержки является примерно в 2 раза более широкая рабочая полоса детекторной характеристики по сравнению с ЧД на расстроенных контурах при одинаковом уровне нелинейных искажений, а также в 3...5 раз меньшее время переходного процесса ввиду отсутствия резонансных контуров. Последнее важно при детектировании импульсных сигналов. Заметим, что линия задержки должна быть тщательно согласована для исключения отражений с обоих ее концов во избежание появления изрезанности в форме детекторной характеристики.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21232. Социальная психология личности 18.89 KB
  Понимание личности в соц. существенно отличается от понимания личности в смежных науках: социология и общая психология. детерминации личности.
21233. Конфликт: функции и структура, динамика и топология. Способы психологической работы с конфликтами 20.22 KB
  Способы психологической работы с конфликтами Конфликт это трудно разрешимая ситуация которая может возникнуть в силу сложившейся дисгармонии межличностных отношений между людьми в обществе или группе а так же в результате нарушения равновесия между существующими в них структурами. Функции конфликта конструктивная он выступает источником развития и противоречия она призвана разрешать противоречия и как правило конфликт исчерпывается и как правило влечет к положительному завершения конфликта деструктивная в конфликте люди испытывают...
21234. ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА 591.5 KB
  Поэтому релейная защита в указанных сетях должна быть в первую очередь быстродействующей то есть работать без выдержки времени. Продольная дифференциальная защита является защитой с абсолютной селективностью не реагирует на внешние КЗ токи нагрузки качания и за счёт этого она может действовать без выдержки времени и иметь высокую чувствительность. Поскольку защита должна работать без выдержки времени то необходимо принять в расчёт и переходные токи.
21235. ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА 87 KB
  Необходимо применение быстродействующей селективной защиты обладающей высокой чувствительностью в сетях любой конфигурации. Выдержка времени дистанционной защиты зависит от удалённости места КЗ.1 Основным органом дистанционной защиты является измерительный дистанционный орган определяющий удалённость КЗ.2 Трёхступенчатая дистанционная защита Для обеспечения селективности дистанционные защиты в сетях сложной конфигурации выполняются направленными и действуют только при направлении мощности КЗ в линию.
21236. ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ 139 KB
  Защита должна действовать на отключение. Ток до 5 А считается безопасным и защита должна действовать на сигнал при токах более 5 А на отключение. Защита должна действовать на отключение.
21237. ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ 451.5 KB
  2 Межвитковые замыкания в одной фазе защита должна действовать на отключение. 3 Замыкания на землю защита действует на отключение или на сигнал. Ненормальные режимы: 1 Протекания сверхтоков при внешнем КЗ защита должна действовать на селективное отключение.
21238. ЗАЩИТА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 155 KB
  Междуфазные КЗ сопровождаются сверхтоками поэтому защита должна действовать на отключение. Используется токовая защита до 5 МВт свыше 5 МВТ продольная дифференциальная защита. 2 Замыкания на землю сопровождаются малым током однако во избежание разрушения стали двигателя устанавливается защита на отключение. 3 Витковые замыкания сопровождаются сверхтоками однако особая защита не устанавливается вследствие дороговизны так как если витковые замыкания развиваются то переходят в междуфазные КЗ или КЗ на землю и отключаются...
21239. УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 344 KB
  АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ АПВ. называется устройством автоматического повторного включения или сокращённо АПВ. Далее АПВ рассматривается для линии электропередачи. Если после повторного включения линия остается в работе то говорят что цикл АПВ был успешным если отключается вновь то цикл АПВ был неуспешным.
21240. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВА 170 KB
  Чтобы повысить надёжность электроснабжения нагрузок питающихся по разомкнутым схемам применяют нормально отключенные резервные источники питания которые включаются вручную или устройствами АВР в случае потери рабочего источника. Успешность АВР составляет 90  95 . Поэтому устройства АВР служат мощным средством повышения надёжности электроснабжения. Выбор параметра пуска схемы АВР Схема автоматического включения резерва должна производить включение резервного элемента при вполне определенных условиях.