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

74 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

8923. Метрологическое обеспечение измерений при контроле качества и испытаниях продукции 49.5 KB
  Метрологическое обеспечение измерений при контроле качества и испытаниях продукции Студент должен иметь представление: - о классификации испытательного оборудования и требованиях к его метрологическому обеспечению знать:...
8924. Очистка природного газа и переработки кислых газов с получением товарной продукции (серы) на Карачаганакском месторождении 1.08 MB
  Введение Сформировавшемуся в последнее время нефтегазовому комплексу Республики Казахстан отводится ведущая роль в топливно-энергетическом балансе и экономике страны. При нынешних темпах развития производительных сил и освоения углеводородных ресурс...
8925. Отработка заданных режимов системы позиционирования при переменном моменте инерции нагрузки и следующих вариациях параметров объекта 131.5 KB
  Цель работы: Целью работы является отработка заданных режимов системы позиционирования при переменном моменте инерции нагрузки и следующих вариациях параметров объекта. - коэффициент жесткости с упругого звена - посто...
8926. Лекции по теории автоматов Часть 1 Теория абстрактных автоматов 241 KB
  Лекции по теории автоматов Часть 1 Теория абстрактных автоматов Учебное пособие для студентов очной и заочной форм обучения специальностям в области вычислительной техники, информатики и управления. ОГЛАВЛЕНИЕ Часть 1. Теория абстрактных автоматов...
8927. Енергозбереження - шлях до віддалення глобальної катастрофи 115.5 KB
  Тема 10. Енергозбереження - шлях до віддалення глобальної катастрофи Людська цивілізація знаходиться на порозі чергової кризи, звязаної з наслідками її діяльності, а саме - глобальним забрудненням довкілля, зокрема парниковими газами...
8928. Інвестиційна політика в галузі енергозбереження 122 KB
  Тема 9. Інвестиційна політика в галузі енергозбереження З таблиці 2 теми 1 бачимо, що обсяг капіталовкладень, які необхідні для забезпечення ефективної політики в галузі енергозбереження на Україні, становить у розрахунку на 2005 рік...
8929. Утилізація вторинних енергоресурсів 284.5 KB
  Утилізація вторинних енергоресурсів Будь-які енергоносії, чи енергія у формі тепла або стиснених газів, що отримуються внаслідок основних технологічних процесів, наприклад, коксування вугілля, металургійних процесів, роботи ГТУ чи ТЕС, називаються в...
8930. Лекции по теории автоматов. Логические основы цифровых автоматов 620.5 KB
  Лекции по теории автоматов. Логические основы цифровых автоматов. Учебное пособие для студентов очной и заочной форм обучения специальностям в области вычислительной техники, информатики и управления..
8931. Нетрадиційні та поновлювані джерела енергії 644 KB
  Нетрадиційні та поновлювані джерела енергії Сучасна енергетика базується на викопному органічному паливі: камяному вугіллі, нафті та газі. Розвіданих і прогнозних запасів викопного палива при сучасних темпах енергоспоживання достатньо на 90-15...