ÌÈÍÈÑÒÅÐÑÒÂÎ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈß È ÍÀÓÊÈ ÐÎÑÑÈÉÑÊÎÉ ÔÅÄÅÐÀÖÈÈ
Ãîñóäàðñòâåííîå îáðàçîâàòåëüíîå ó÷ðåæäåíèå âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüí...
19 downloads
506 Views
276KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
ÌÈÍÈÑÒÅÐÑÒÂÎ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈß È ÍÀÓÊÈ ÐÎÑÑÈÉÑÊÎÉ ÔÅÄÅÐÀÖÈÈ
Ãîñóäàðñòâåííîå îáðàçîâàòåëüíîå ó÷ðåæäåíèå âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ ÑÀÍÊÒ-ÏÅÒÅÐÁÓÐÃÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ ÀÝÐÎÊÎÑÌÈ×ÅÑÊÎÃÎ ÏÐÈÁÎÐÎÑÒÐÎÅÍÈß
ÒÅÎÐÈß ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÎÉ ÑÂßÇÈ Ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ ê âûïîëíåíèþ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ¹ 1–9
Ñàíêò-Ïåòåðáóðã 2004
åëü: À. È. Òèìîôååâ Ñîñòàâèòåëü È. Ñ. Ìèòðîôàíîâ Ðåöåíçåíò êàíä. òåõí. íàóê À. Ï. Àáðàìîâ
Ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ ñîäåðæàò îïèñàíèå ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò, ïîðÿäîê âûïîëíåíèÿ, òðåáîâàíèÿ ê îò÷åòó è êîíòðîëüíûå âîïðîñû ê ëàáîðàòîðíûì ðàáîòàì ïî äèñöèïëèíå “Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè” äëÿ ñòóäåíòîâ ñïåöèàëüíîñòåé 071700 è 201201. Öèêë ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ïî äèñöèïëèíå “Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè” ïðåäíàçíà÷åí äëÿ çàêðåïëåíèÿ çíàíèé òåîðåòè÷åñêîãî êóðñà, îçíàêîìëåíèÿ ñ ïðèíöèïàìè ðàáîòû ýëåìåíòîâ ñâÿçíûõ ñèñòåì è îáðàáîòêè ðàäèîòåõíè÷åñêèõ ñèãíàëîâ, à òàêæå äëÿ ïðèîáðåòåíèÿ ñòóäåíòàìè íàâûêîâ íàó÷íîãî èññëåäîâàíèÿ ñ ïðèìåíåíèåì íîâåéøèõ êîìïüþòåðíûõ ïðîãðàìì. Ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ ïîäãîòîâëåíû êàôåäðîé òåëåêîììóíèêàöèé è ðåêîìåíäîâàíû ê èçäàíèþ ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèì ñîâåòîì Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêîãî óíèâåðñèòåòà àýðîêîñìè÷åñêîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ.
Ðåäàêòîð Ã. Ä. Áàêàñòîâà Êîìïüþòåðíàÿ âåðñòêà À. Í. Êîëåøêî Ñäàíî â íàáîð 14.09.04. Ïîäïèñàíî ê ïå÷àòè 24.09.04. Ôîðìàò 60×84 1/16. Áóìàãà îôñåòíàÿ. Ïå÷àòü îôñåòíàÿ. Óñë. ïå÷. ë. 3,49. Óñë. êð.-îòò. 3,54. Ó÷. -èçä. ë. 3,3. Òèðàæ 100 ýêç. Çàêàç ¹ Ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêèé îòäåë Îòäåë ýëåêòðîííûõ ïóáëèêàöèé è áèáëèîãðàôèè áèáëèîòåêè Îòäåë îïåðàòèâíîé ïîëèãðàôèè ÑÏáÃÓÀÏ 190000, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, óë. Á. Ìîðñêàÿ, 67
© ÃÎÓ ÂÏÎ “Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò àýðîêîñìè÷åñêîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ”, 2004
2
ÏÎÐßÄÎÊ ÐÀÁÎÒÛ Â ËÀÁÎÐÀÒÎÐÈÈ Ïîäãîòîâêà ê ðàáîòå Ïðè ïîäãîòîâêå ê ðàáîòå ñëåäóåò: – ïî êîíñïåêòàì ëåêöèé è ðåêîìåíäîâàííîé ëèòåðàòóðå èçó÷èòü òåîðåòè÷åñêèé ìàòåðèàë, îòíîñÿùèéñÿ ê ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå; – èçó÷èòü ïðèìåíÿåìûå äëÿ èññëåäîâàíèé è ðàñ÷åòîâ êîìïüþòåðíûå ïðîãðàììû Multisim è MathCad; – îçíàêîìèòüñÿ ñ îïèñàíèåì âûïîëíÿåìîé ðàáîòû è ïðîäóìàòü îòâåòû íà êîíòðîëüíûå âîïðîñû. Âûïîëíåíèå ðàáîò â ëàáîðàòîðèè Ëàáîðàòîðíûå ðàáîòû âûïîëíÿþòñÿ â äèñïëåéíîì êëàññå èíäèâèäóàëüíî êàæäûì ñòóäåíòîì. Ïðè ýòîì ñòóäåíò äîëæåí âûïîëíèòü âñå òðåáîâàíèÿ, èçëîæåííûå âûøå. Ðàáîòà â ëàáîðàòîðèè ñ÷èòàåòñÿ çàêîí÷åííîé òîëüêî ïîñëå ïðîñìîòðà è óòâåðæäåíèÿ ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïî îêîí÷àíèè ðàáîòû ñòóäåíò îáÿçàí ïðèâåñòè ðàáî÷åå ìåñòî â ïîðÿäîê. Òåõíèêà áåçîïàñíîñòè ïðè ïðîâåäåíèè ðàáîò  ñâÿçè ñ òåì, ÷òî ýëåêòðîïèòàíèå êîìïüþòåðîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ îò ñåòè ïåðåìåííîãî òîêà íàïðÿæåíèåì 220  ÷àñòîòîé 50 Ãö, â ïðîöåññå âûïîëíåíèÿ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò ìîæåò âîçíèêíóòü ïîðàæåíèå ýëåêòðè÷åñêèì òîêîì èëè ïîæàð. Ïîýòîìó ñòóäåíòû äîïóñêàþòñÿ ê âûïîëíåíèþ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò òîëüêî ïîñëå ïðîâåäåíèÿ èíñòðóêòàæà ïî òåõíèêå áåçîïàñíîñòè. Èíñòðóêòàæ ïðîâîäèòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì è ïîäòâåðæäàåòñÿ ëè÷íîé ïîäïèñüþ ñòóäåíòà â ñïåöèàëüíîì æóðíàëå. Ëèöà, íå âûïîëíÿþùèå ïðàâèëà òåõíèêè áåçîïàñíîñòè èëè äîïóñêàþùèå èõ íàðóøåíèå â îòíîøåíèè äðóãèõ ëèö, îò ðàáîòû îòñòðàíÿþòñÿ è ïðèâëåêàþòñÿ ê îòâåòñòâåííîñòè. 3
Ïðè âûïîëíåíèè ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò çàïðåùàåòñÿ: – âûïîëíÿòü ðàáîòû áåç èíñòðóêòàæà ïî òåõíèêå áåçîïàñíîñòè; – âûïîëíÿòü ðàáîòû áåç ïðåïîäàâàòåëÿ èëè ëàáîðàíòà; – ñàìîñòîÿòåëüíî âêëþ÷àòü è âûêëþ÷àòü êîìïüþòåðû; – îñòàâëÿòü áåç íàáëþäåíèÿ âêëþ÷åííûé êîìïüþòåð; – ñîâåðøàòü ëþáûå äåéñòâèÿ, êîòîðûå ìîãóò ïðèâåñòè ê ïîëîìêå êîìïüþòåðà èëè ïîâðåæäåíèþ óñòàíîâëåííûõ ïðîãðàìì è ôàéëîâ; – êîïèðîâàòü ñîäåðæàùóþñÿ â êîìïüþòåðàõ èíôîðìàöèþ íà ëþáûå âèäû ñîáñòâåííûõ íîñèòåëåé; – çàãðîìîæäàòü ðàáî÷åå ìåñòî ïîðòôåëÿìè è äðóãèìè ïðåäìåòàìè. Ïðè íàðóøåíèè èçîëÿöèè ñîåäèíèòåëüíûõ êàáåëåé êîìïüþòåðà èëè åãî “çàâèñàíèè ” ñëåäóåò íåìåäëåííî ïðåêðàòèòü ðàáîòó è ñîîáùèòü î ñëó÷èâøåìñÿ ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ. Åñëè ïðîèçîøåë íåñ÷àñòíûé ñëó÷àé, òî íåîáõîäèìî íåìåäëåííî: – îòêëþ÷èòü ñåòü ïåðåìåííîãî òîêà; – ñîîáùèòü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ; – îêàçàòü ïåðâóþ ìåäèöèíñêóþ ïîìîùü ïîñòðàäàâøåìó; – ïðè íåîáõîäèìîñòè âûçâàòü «Ñêîðóþ ïîìîùü» ïî òåëåôîíó 03. Îôîðìëåíèå îò÷åòà è çàùèòà ðàáîòû Îò÷åò î âûïîëíåííîé ðàáîòå äîëæåí áûòü ïîäãîòîâëåí èíäèâèäóàëüíî â ýëåêòðîííîì âèäå è õðàíèòüñÿ â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå íà “æåñòêîì” äèñêå êîìïüþòåðà äèñïëåéíîãî êëàññà. Ïðè ïîäãîòîâêå îò÷åòà ñëåäóåò ïðèìåíÿòü ïðèëàãàåìûå ê êàæäîé ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå ýëåêòðîííûå ôîðìû. Çà÷åò ïî ðàáîòå ñòóäåíò ïîëó÷àåò ïîñëå ïðåäñòàâëåíèÿ îò÷åòà è óñïåøíîãî îòâåòà íà ïðåäëîæåííûå ïðåïîäàâàòåëåì âîïðîñû, ñâÿçàííûå ñ òåìàòèêîé çàùèùàåìîé ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû. Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Êàðëàùóê Â. È. Ýëåêòðîííàÿ ëàáîðàòîðèÿ íà IBM PC. Ïðîãðàììà Electronics Workbench è åå ïðèìåíåíèå. Ì.: Ñîëîí-Ð, 2003. 2. Î÷êîâ Â. Ô. MathCad 7 Pro äëÿ ñòóäåíòîâ è èíæåíåðîâ. Ì.: Êîìïüþòåð Ïðåññ, 1998. 3. Êàãàíîâ Â. È. ÐÀÄÈÎÒÅÕÍÈÊÀ+ÊÎÌÏÜÞÒÅÐ+MATHCAD. Ì.: Ãîðÿ÷àÿ ëèíèÿ-Òåëåêîì, 2001.
4
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 1 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÀ ÄÈÑÊÐÅÒÈÇÀÖÈÈ È ÊÂÀÍÒÎÂÀÍÈß ÑÈÃÍÀËÎÂ Öåëü ðàáîòû: èññëåäîâàíèå ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè è êâàíòîâàíèÿ ñèãíàëîâ. 1. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÑÕÅÌÛ
Ôóíêöèîíàëüíûé ãåíåðàòîð
Îñöèëëîãðàô 1 Ýëåêòðîííûé êëþ÷
Ãåíåðàòîð ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà
Îñöèëëîãðàô 2
Ãåíåðàòîð óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè è êâàíòîâàíèÿ ñèãíàëîâ
Ôóíêöèîíàëüíûé ãåíåðàòîð – ñîçäàåò ãàðìîíè÷åñêèé ñèãíàë, à òàêæå ñèãíàëû òðåóãîëüíîé è ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Ãåíåðàòîð ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà – ñîçäàåò ñòîõàñòè÷åñêèé ñèãíàë. Îñíîâàí íà èñòî÷íèêå ïîëèíîìèàëüíîãî ñèãíàëà, â êîòîðîì ìîäåëèðóåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå ÀÌ, ×Ì è ãàðìîíè÷åñêîãî êîëåáàíèé. Ãåíåðàòîð óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà – ñîçäàåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ ñ çàäàííîé ñêâàæíîñòüþ. Ïåðèîä ñëåäîâàíèÿ äàííûõ èìïóëüñîâ ÿâëÿåòñÿ ïåðèîäîì äèñêðåòèçàöèè ∆t, à èõ äëèòåëüíîñòü Tè îïðåäåëÿåò îòíîñèòåëüíóþ ïîãðåøíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ δ. Ñîãëàñíî òåîðåìå Êîòåëüíèêîâà çíà÷åíèå ïåðèîäà äèñêðåòèçàöèè äîëæíî óäîâëåòâîðÿòü óñëîâèþ: ∆t ≤ 1/2πfâ, ãäå fâ – âåðõíÿÿ ÷àñòîòà ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëà. Îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåøíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì: δ, % = 200πfâ Tè. 5
Ýëåêòðîííûé êëþ÷ – íà ïîëåâîì òðàíçèñòîðå òèïà BF245A. Îñöèëëîãðàô – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé äâóõëó÷åâîé îñöèëëîãðàô.  äàííîé ðàáîòå ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ïàðàìåòðû ðàçâåðòêè è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ òàê, ÷òîáû íà åãî ýêðàíå ðåãèñòðèðîâàëîñü îò 1 äî 2 ïåðèîäîâ ñèãíàëà áåç îãðàíè÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå. 2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß
1. Ïåðåä âûïîëíåíèåì ðàáîòû ïîäãîòîâèòü ïðîåêò îò÷åòà î ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò ñ óêàçàíèåì íàèìåíîâàíèÿ ðàáîòû, íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ, Ô.È.Î. ñòóäåíòà, íîìåð ãðóïïû è äàòû âûïîëíåíèÿ ðàáîòû; – ëèñòû äëÿ êîïèðîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñõåì, ðåãèñòðàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ðàñ÷åòíûõ äàííûõ è âûâîäîâ. Âàðèàíò çàäàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïðè ïîäãîòîâêå ïðîåêòà îò÷åòà èñïîëüçîâàòü ôîðìó èç ôàéëà otchet.doc. 2.  ïðîãðàììå Multisim ñîçäàòü ìîäåëü äëÿ èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè è êâàíòîâàíèÿ ñèãíàëîâ â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 2. 3. Óñòàíîâèòü ïàðàìåòðû ãåíåðàòîðà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà V4 â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 1. Òàáëèöà 1 Âàðèàíòû çàäàíèé ïàðàìåòðîâ ãåíåðàòîðà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà V4 Íîìåð âàðèàíòà
×àñòîòà (Frequency), Ãö
Àìïëèòóäà (Amplitude), Â
Kîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ (Duty Cycle), %
1
1000
5
20
2
1100
5
25
6
3
1300
5
15
4
900
5
30
5
1050
5
10
6
950
5
10
7
1150
5
20
8
1200
5
25
9
1250
5
30
10
1350
5
15
7
FM
U3
U2
POLY U1
V3 1 1V 1000Hz 0Deg
5V 1000Hz 100Hz
A1
Key = Space
B
G T A
V4 1000Hz 5V
D1 1N4148
Q1 BF245A
C1 20nF
A
XSC1 G T
R1 47kohm
B
XSC2
C2 120pF
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè è êâàíòîâàíèÿ ñèãíàëîâ
V2
V1 1V 1000Hz 100Hz AM
J1
XFG1
4. Óñòàíîâèòü ÷àñòîòó ôóíêöèîíàëüíîãî ãåíåðàòîðà XFG1 ðàâíîé 100 Ãö, à àìïëèòóäó – 1  â ðåæèìå ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà. 5. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà V1 ÀÌ-ñèãíàëîâ: – àìïëèòóäà VC = 0,5 Â; – íåñóùàÿ ÷àñòîòà FC = 100 Ãö; – ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè FM = 10 Ãö. 6. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà V2 ×Ì-ñèãíàëîâ: – àìïëèòóäà Voltage Amplitude = 0,5 Â; – íåñóùàÿ ÷àñòîòà Carrier Frequency = 100 Ãö; – ÷àñòîòà äåâèàöèè Signal Frequency = 10 Ãö. 7. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêèõ ñèãíàëîâ V3: – àìïëèòóäà Voltage Amplitude = 0,5 Â; – ÷àñòîòà Frequency = 100 Ãö; – ôàçîâûé ñäâèã Phase = 90° . 8. Óñòàíîâèòü êîýôôèöèåíòû ïîëèíîìèàëüíîãî èñòî÷íèêà F = 1, G = 1, I = 1. 9. Ïðåäñòàâèòü ñîáðàííóþ ìîäåëü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 10. Íàæàòèåì ïðàâîé êíîïêè ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè âûçâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âêëàäêó è óñòàíîâèòü öâåò âñåõ êîìïîíåíòîâ ìîäåëè – êðàñíûé. Êîïèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ìîäåëè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà 11. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà 1, à òàêæå íà âõîäå À îñöèëëîãðàôà 2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 12. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 13. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. Ðàñïîëîæèòü îêíî ãðàôèêà â íèæíåì ëåâîì óãëó ìîíèòîðà òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû èçîáðàæåíèå ñõåìû ìîäåëè áûëî äîñòóïíî. 14. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè ñèãíàëà òðåóãîëüíîé ôîðìû 15. Óñòàíîâèòü ôóíêöèîíàëüíûé ãåíåðàòîð XFG1 â ðåæèì ñèãíàëà òðåóãîëüíîé ôîðìû. 8
16. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà 1, à òàêæå íà âõîäå À îñöèëëîãðàôà 2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 17. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 18. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 19. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè ñèãíàëà ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû 20. Óñòàíîâèòü ôóíêöèîíàëüíûé ãåíåðàòîð XFG1 â ðåæèì ñèãíàëà ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. 21. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà 1, à òàêæå íà âõîäå À îñöèëëîãðàôà 2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 22. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 23. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 24. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå âëèÿíèÿ ÷àñòîòû âûáîðêè íà ïðîöåññ äèñêðåòèçàöèè 25. Óñòàíîâèòü ÷àñòîòó ãåíåðàòîðà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà V4 ðàâíîé 100 Ãö. 26. Óñòàíîâèòü ôóíêöèîíàëüíûé ãåíåðàòîð XFG1 â ðåæèì ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà. 27. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà 1, à òàêæå íà âõîäå À îñöèëëîãðàôà 2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 28. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 29. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 30. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà.
9
Èçó÷åíèå ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà 31. Ïîäêëþ÷èòü ãåíåðàòîð ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà íàæàòèåì êëàâèøè Space íà êëàâèàòóðå êîìïüþòåðà. 32. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà 1, à òàêæå íà âõîäå À îñöèëëîãðàôà 2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). Âðåìÿ íàáëþäåíèÿ äîëæíî ñîñòàâëÿòü íå ìåíåå 2 ìèíóò. 33. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 34. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 35. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 36. Óñòàíîâèòü ÷àñòîòó ãåíåðàòîðà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà V4 â ñîîòâåòñòâèè ñ îïðåäåëåííûì âàðèàíòîì çàäàíèÿ (òàáë. 1). 37. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà 1, à òàêæå íà âõîäå À îñöèëëîãðàôà 2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). Âðåìÿ íàáëþäåíèÿ äîëæíî ñîñòàâëÿòü íå ìåíåå 2 ìèíóò. 38. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 39. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 40. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 41. Ïðåäñòàâèòü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 42. Çàêðûòü îêíî ïðîãðàììû Multisim áåç ñîõðàíåíèÿ èçìåíåíèé â ôàéëå Circuit 1. 43. Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå äàííûå, ïîäãîòîâèòü îò÷åò â ðåäàêòîðå Word, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò; – öåëü ðàáîòû; – ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èññëåäîâàíèÿ; – ãðàôèêè îñöèëëîãðàìì; – ðàñ÷åòû ìàêñèìàëüíîãî ïåðèîäà äèñêðåòèçàöèè ∆t è îòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòè ïðåîáðàçîâàíèÿ δ äëÿ êîíêðåòíîãî âàðèàíòà çàäàíèÿ ïàðàìåòðîâ ãåíåðàòîðà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà V4; – âûâîäû. 10
44. Ñîõðàíèòü îò÷åò â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå, ïðèìåíÿÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïóòü Ôàéë (File)–Ñîõðàíèòü êàê (Save as). Èìÿ ñîõðàíÿåìîãî ôàéëà äîëæíî ñîäåðæàòü íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ. Íàïðèìåð: otchet1-8. 45. Ïðåäñòàâèòü îò÷åò ê çàùèòå ïðåïîäàâàòåëþ. 3. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ
1.  ÷åì çàêëþ÷àåòñÿ ïðîöåññ äèñêðåòèçàöèè íåïðåðûâíûõ ñèãíàëîâ? Êàê åãî çàïèñàòü àíàëèòè÷åñêè? 2. Êàê èçìåíÿåòñÿ ñïåêòð ñèãíàëà â ðåçóëüòàòå åãî äèñêðåòèçàöèè? 3. Ïðèâåäèòå ïðèìåðû ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ äèñêðåòèçàöèè ñèãíàëîâ â ñèñòåìàõ ñâÿçè. 4. Ñôîðìóëèðóéòå òåîðåìó îòñ÷åòîâ. 5. Èç êàêèõ ñîîáðàæåíèé âûáèðàåòñÿ ÷àñòîòà äèñêðåòèçàöèè íåïðåðûâíûõ ñèãíàëîâ? 6. Êàêèì îáðàçîì è ñ ïîìîùüþ êàêîãî ôóíêöèîíàëüíîãî óñòðîéñòâà îáåñïå÷èâàåòñÿ âîññòàíîâëåíèå ñèãíàëà ïî åãî îòñ÷åòàì? 7. Óêàæèòå ïðè÷èíû ïîãðåøíîñòåé âîññòàíîâëåíèÿ íåïðåðûâíîãî ñèãíàëà ïî åãî îòñ÷åòàì. 8. Íàïèøèòå âûðàæåíèå ñèãíàëà â âèäå ðÿäà Êîòåëüíèêîâà. 9. Êàêîé áàçèñ èñïîëüçóåòñÿ ïðè ðàçëîæåíèè ñèãíàëîâ â ðÿä Êîòåëüíèêîâà? 10. Êàê îïðåäåëÿåòñÿ êîýôôèöèåíò ðàçëîæåíèÿ ñèãíàëîâ â ðÿä Êîòåëüíèêîâà? Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè / Ïîä ðåä. ïðîô. Ä. Ä. Êëîâñêîãî. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1998. Ñ. 44–48. 2. Áàñêàêîâ Ñ. È. Ðàäèîòåõíè÷åñêèå öåïè è ñèãíàëû. Ì.: Âûñø. øê., 2000. Ñ. 14–22, 122–126, 382–396.
Ñïðàâî÷íûå äàííûå î äèîäå ñèãíàëüíîì òèïà 1N4148: Uîáð.ìàêñ = 75 B; Iîáð = 5 ìêÀ; Uïð = 0,6 B; Iïð = 10 ìÀ; tâîññò.Rîáð = = 4 íñ; C = 1,3 ïÔ. Ñïðàâî÷íûå äàííûå î ïîëåâîì òðàíçèñòîðå òèïà BF245A: UÇÈ ïîð = 40 B; Iñ íà÷. ìèí = 2,5 ìÀ; Iñ íà÷. ìàêñ = 7,5 ìÀ; Uîòñ. ìèí = 1,8 B; Uîòñ. ìàêñ = 5 B; CÇÈ = 25 ïÔ; Cçc = 5 ïÔ.
11
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 2 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÑÈÃÍÀËÎÂ È ÈÕ ÑÏÅÊÒÐÎÂ Öåëü ðàáîòû: èññëåäîâàíèå íåïðåðûâíûõ è Ò-ôèíèòíûõ ñèãíàëîâ è èõ ñïåêòðîâ. 1. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÑÕÅÌÛ
Îñöèëëîãðàô Ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ
Èçìåðèòåëüíàÿ íàãðóçêà Àíàëèçàòîð Ôóðüå
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ñèãíàëîâ è èõ ñïåêòðîâ
Ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ – ñîçäàåò ãàðìîíè÷åñêèé ñèãíàë, à òàêæå ñèãíàëû òðåóãîëüíîé è ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Èçìåðèòåëüíàÿ íàãðóçêà – ðåçèñòîð èëè ïîëóïðîâîäíèêîâûé äèîä ñ ðåçèñòîðîì. Îñöèëëîãðàô – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé äâóõëó÷åâîé îñöèëëîãðàô.  äàííîé ðàáîòå ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ïàðàìåòðû ðàçâåðòêè è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ òàê, ÷òîáû íà åãî ýêðàíå ðåãèñòðèðîâàëîñü îò 1 äî 2 ïåðèîäîâ ñèãíàëà áåç îãðàíè÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå. Àíàëèçàòîð Ôóðüå – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé àíàëèçàòîð Ôóðüå ïðîãðàììû Multisim. Äëÿ ïåðèîäè÷åñêîé ôóíêöèè âèäà: φ (t) = φ (t ± nT), ãäå T = 2π/ω – ïåðèîä êîëåáàíèé; n – ëþáîå ïîëîæèòåëüíîå öåëîå ÷èñëî; ω – êðóãîâàÿ ÷àñòîòà, èñïîëüçóåòñÿ ðÿä Ôóðüå, ñîñòàâëåííûé èç îðòîãîíàëüíûõ òðèãîíîìåòðè÷åñêèõ ôóíêöèé:
φ (t ) =
a0 n + ∑ (an cos kω t + bn sin kω t), 2 k=1
ãäå T /2
a0 =
12
2 φ(t)dt; T −T∫/2
T /2
ak =
2 φ(t) cos kω tdt; T −T∫/2
bk =
2 φ(t) sin kω tdt. T −T∫/2
T /2
Äëÿ îäèíî÷íîãî èìïóëüñà (T → ∞):
φ (t ) =
∞
∞
1 − jω t jω t ∫ S(ω)e dω, S (ω) = ∫ φ(t)e dt. 2π −∞ −∞
Êîìïëåêñíîå âûðàæåíèå äëÿ ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè: S (ω) = A (ω) – jB (ω) = ⎜S (ω) ⎜ejj (w), ãäå ∞
∞
0
0
A ( ω ) = ∫ φ(t) cos ω tdt; B ( ω ) = ∫ φ(t) sin ω tdt. Àìïëèòóäà è ôàçà ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè:
S ( ω ) = [ A(ω)]2 + [B(ω)]2 , ϕ (ω) = –arctg [B (ω)/A (ω)]. 2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß
1. Ïåðåä âûïîëíåíèåì ðàáîòû ïîäãîòîâèòü ïðîåêò îò÷åòà î ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò ñ óêàçàíèåì íàèìåíîâàíèÿ ðàáîòû, íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ, Ô.È.Î. ñòóäåíòà, íîìåð ãðóïïû è äàòû âûïîëíåíèÿ ðàáîòû; – ëèñòû äëÿ êîïèðîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñõåì, ðåãèñòðàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ðàñ÷åòíûõ äàííûõ è âûâîäîâ. Âàðèàíò çàäàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïðè ïîäãîòîâêå ïðîåêòà îò÷åòà èñïîëüçîâàòü ôîðìó èç ôàéëà otchet.doc. 2.  ïðîãðàììå Multisim ñîçäàòü ìîäåëü äëÿ èññëåäîâàíèÿ ñèãíàëîâ è èõ ñïåêòðîâ â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 2. 13
XFG1 XSC1 G A
B
T
J1 Key = Space D1 1N4148 R1 1.8kohm
R2 510kohm
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ñèãíàëîâ è èõ ñïåêòðîâ
3. Ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè íà òàáëî Options è íà ïîÿâèâøåéñÿ âêëàäêå ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè íà òàáëî Preferences. 4. Íà âêëàäêå Preferences óñòàíîâèòü ôëàæîê â ñòðîêå Show node names è íàæàòü êíîïêó ÎÊ. 5. Ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè íà òàáëî Simulate è íà ïîÿâèâøåéñÿ âêëàäêå âûáðàòü ïóòü Analyses – Fourier analyses. Ïîñëå ùåë÷êà íà ïîñëåäíåì òàáëî äîëæíà ïîÿâèòüñÿ ïàïêà óñòàíîâîê Ôóðüåàíàëèçà. 6. Óñòàíîâèòü íà âêëàäêå Analysis Parameters ÷àñòîòó (Frequency resolution) è ÷èñëî ãàðìîíèê (Number of harmonics) â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 1. 7. Óñòàíîâèòü íà âêëàäêå Analysis Parameters âðåìÿ àíàëèçà (Stopping time for sampling), ðàâíîå 0,1 ñ. 8.  ñòðîêå Display óñòàíîâèòü ðåæèì Graph. 9. Îòêðûòü âêëàäêó Output variables è â ïîÿâèâøåìñÿ ëåâîì îêíå âûäåëèòü íîìåð èññëåäóåìîãî óçëà ñõåìû, ê êîòîðîìó ïîäêëþ÷åí + ãåíåðàòîðà XFG1. Ïåðåíåñòè óêàçàííûé íîìåð â ïðàâîå îêíî íàæàòèåì êí. Plot during simulation. 10. Íàæàòü êíîïêó Accept. 14
Òàáëèöà 1 Íîìåð âàðèàíòà
×àñòîòà (Frequency), Ãö
Àìïëèòóäà (Amplitude), Â
×èñëî ãàðìîíèê (Number of harmonics)
1
100
6
9
2
250
8
5
3
125
7
7
4
150
11
9
5
80
9
5
6
110
10
7
7
280
12
9
8
420
15
5
9
500
14
7
10
350
16
9
11. Óñòàíîâèòü ÷àñòîòó è àìïëèòóäó ãåíåðàòîðà ñèãíàëîâ XFG1 â ñîîòâåòñòâèè ñ òàáë. 1. 12. Ïðåäñòàâèòü ñîáðàííóþ ìîäåëü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 13. Íàæàòèåì ïðàâîé êíîïêè ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè âûçâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âêëàäêó è óñòàíîâèòü öâåò âñåõ êîìïîíåíòîâ ìîäåëè – êðàñíûé. Êîïèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ìîäåëè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà è åãî ñïåêòðà 14. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ãàðìîíè÷åñêèé ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà À (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 15. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 16. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. Ðàñïîëîæèòü îêíî ãðàôèêà â íèæíåì ëåâîì óãëó ìîíèòîðà òàêèì îáðàçîì,÷òîáû èçîáðàæåíèå ñõåìû ìîäåëè áûëî äîñòóïíî. 17. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 18. Ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè íà òàáëî Simulate è íà ïîÿâèâøåéñÿ âêëàäêå âûáðàòü ïóòü Analyses – Fourier analyses. Ïîñëå 15
ùåë÷êà íà ïîñëåäíåì òàáëî äîëæíà ïîÿâèòüñÿ ïàïêà óñòàíîâîê Ôóðüå-àíàëèçà. 19. Íàæàòü êíîïêó Simulate.  òå÷åíèå 1 ìèíóòû íà ìîíèòîðå äîëæíû ïîÿâèòüñÿ ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ â âèäå ãðàôèêîâ. Åñëè ýòîãî íå ïðîèçîøëî, îáðàòèòüñÿ ê ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ. 20. Êîïèðîâàòü ãðàôèê àìïëèòóäíîãî ñïåêòðà â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 21. Çàêðûòü îêíî Analysis Graphs. Èçó÷åíèå ñèãíàëà êîëîêîëîîáðàçíîé ôîðìû è åãî ñïåêòðà 22. Ïîäêëþ÷èòü ê âûõîäó ãåíåðàòîðà äèîä íàæàòèåì êëàâèøè Space íà êëàâèàòóðå êîìïüþòåðà. 23. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë êîëîêîëîîáðàçíîé ôîðìû íà âõîäå îñöèëëîãðàôà B (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 24. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 25. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 26. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 27. Ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè íà òàáëî Simulate è íà ïîÿâèâøåéñÿ âêëàäêå âûáðàòü ïóòü Analyses – Fourier analyses. Ïîñëå ùåë÷êà íà ïîñëåäíåì òàáëî äîëæíà ïîÿâèòüñÿ ïàïêà óñòàíîâîê Ôóðüå-àíàëèçà. 28. Îòêðûòü âêëàäêó Output variables è â ïîÿâèâøåìñÿ ïðàâîì îêíå âûäåëèòü íîìåð èññëåäóåìîãî ðàíåå óçëà ñõåìû. Ïåðåíåñòè óêàçàííûé íîìåð â ëåâîå îêíî íàæàòèåì êíîïêè Remove. 29.  ëåâîì îêíå âûäåëèòü íîìåð èññëåäóåìîãî óçëà ñõåìû, ê êîòîðîìó ïîäêëþ÷åí àíîä äèîäà D1. Ïåðåíåñòè óêàçàííûé íîìåð â ïðàâîå îêíî íàæàòèåì êíîïêè Plot during simulation. 30. Íàæàòü êíîïêó Simulate.  òå÷åíèå 1 ìèíóòû íà ìîíèòîðå äîëæíû ïîÿâèòüñÿ ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ â âèäå ãðàôèêîâ. 31. Êîïèðîâàòü ãðàôèê àìïëèòóäíîãî ñïåêòðà â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ñèãíàëà òðåóãîëüíîé ôîðìû è åãî ñïåêòðà 32. Ïåðåêëþ÷èòü ãåíåðàòîð â ðåæèì ñèãíàëà òðåóãîëüíîé ôîðìû. 33. Óñòàíîâèòü êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ãåíåðàòîðà ñèãíàëà òðåóãîëüíîé ôîðìû â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 2. 16
Òàáëèöà 2 Âàðèàíòû çàäàíèé êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ ñèãíàëîâ Íîìåð âàðèàíòà
Kîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ (Duty Cycle), %
1
50
2
30
3
25
4
35
5
65
6
70
7
45
8
20
9
40
10
60
34. Ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè, ñâîáîäíîì îò êàêèõ-ëèáî êîìïîíåíòîâ. 35. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë òðåóãîëüíîé ôîðìû íà âõîäå îñöèëëîãðàôà B (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 36. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 37. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 38. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 39. Ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè íà òàáëî Simulate è íà ïîÿâèâøåéñÿ âêëàäêå âûáðàòü ïóòü Analyses – Fourier analyses. Ïîñëå ùåë÷êà íà ïîñëåäíåì òàáëî äîëæíà ïîÿâèòüñÿ ïàïêà óñòàíîâîê Ôóðüå-àíàëèçà. 40. Íàæàòü êíîïêó Simulate.  òå÷åíèå 1 ìèíóòû íà ìîíèòîðå äîëæíû ïîÿâèòüñÿ ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ â âèäå ãðàôèêîâ. 41. Êîïèðîâàòü ãðàôèê àìïëèòóäíîãî ñïåêòðà â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ñèãíàëà ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû è åãî ñïåêòðà 42. Ïåðåêëþ÷èòü ãåíåðàòîð â ðåæèì ñèãíàëà ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. 43. Ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè, ñâîáîäíîì îò êàêèõ-ëèáî êîìïîíåíòîâ. 17
44. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû íà âõîäå îñöèëëîãðàôà B (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 45. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 46. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 47. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 48. Ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè íà òàáëî Simulate è íà ïîÿâèâøåéñÿ âêëàäêå âûáðàòü ïóòü Analyses – Fourier analyses. Ïîñëå ùåë÷êà íà ïîñëåäíåì òàáëî äîëæíà ïîÿâèòüñÿ ïàïêà óñòàíîâîê Ôóðüå-àíàëèçà. 49. Íàæàòü êíîïêó Simulate.  òå÷åíèå 1 ìèíóòû íà ìîíèòîðå äîëæíû ïîÿâèòüñÿ ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ â âèäå ãðàôèêîâ. 50. Êîïèðîâàòü ãðàôèê àìïëèòóäíîãî ñïåêòðà â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 51. Ïðåäñòàâèòü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 52. Çàêðûòü îêíî ïðîãðàììû Multisim áåç ñîõðàíåíèÿ èçìåíåíèé â ôàéëå Circuit 1. 53. Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå äàííûå, ïîäãîòîâèòü îò÷åò â ðåäàêòîðå Word, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò; – öåëü ðàáîòû; – ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èññëåäîâàíèÿ ñïåêòðîâ ñèãíàëîâ; – ãðàôèêè îñöèëëîãðàìì; – ãðàôèêè ñïåêòðîâ èññëåäóåìûõ ñèãíàëîâ; – ðàñ÷åòû è ãðàôèêè ñïåêòðîâ åäèíè÷íûõ èìïóëüñîâ ïðÿìîóãîëüíîé, êîëîêîëîîáðàçíîé è òðåóãîëüíîé ôîðìû, ïðèìåíÿÿ ïðîãðàììó MathCad,ïðèâåäåííóþ â ôàéëå Spectr.mcd; – âûâîäû. 54. Ñîõðàíèòü îò÷åò â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå, ïðèìåíÿÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïóòü Ôàéë (File)–Ñîõðàíèòü êàê (Save as). Èìÿ ñîõðàíÿåìîãî ôàéëà äîëæíî ñîäåðæàòü íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ. Íàïðèìåð: otchet2-3. 55. Ïðåäñòàâèòü îò÷åò ê çàùèòå ïðåïîäàâàòåëþ. 3. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ
1. Äàéòå îïðåäåëåíèå ïîíÿòèÿ ïåðèîäè÷åñêîãî ñèãíàëà. Ïðèâåäèòå ïðèìåðû ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, äëÿ êîòîðûõ ìîäåëü ïåðèîäè÷åñêîãî ñèãíàëà ÿâëÿåòñÿ òî÷íûì ñïîñîáîì îïèñàíèÿ. 18
2. Êàê âîçíèêàåò ïîíÿòèå “îòðèöàòåëüíîé” ÷àñòîòû? 3. Êàêèìè ñâîéñòâàìè îáëàäàåò ñïåêòðàëüíàÿ ïëîòíîñòü âåùåñòâåííîãî ñèãíàëà? 4. Êàê èçìåíèòñÿ ñïåêòð ïåðèîäè÷åñêîãî ñèãíàëà, åñëè ïåðèîä ñëåäîâàíèÿ ñòðåìèòñÿ ê áåñêîíå÷íîñòè? 5. Êàê íàéòè ðàñïðåäåëåíèå ìîùíîñòè è ýíåðãèè â ñïåêòðå ïåðèîäè÷åñêîãî ñèãíàëà? 6. Êàê âëèÿåò èçìåíåíèå äëèòåëüíîñòè èìïóëüñà è ïåðèîäà ïîâòîðåíèÿ íà ñïåêòð ïåðèîäè÷åñêîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ? 7. Êàêîâû îñîáåííîñòè ñïåêòðà δ-èìïóëüñà? 8. Êàêîâà ñâÿçü ìåæäó äëèòåëüíîñòüþ èìïóëüñà è øèðèíîé åãî ñïåêòðà? 9. Êàê îïðåäåëèòü ÷èñëî ãàðìîíè÷åñêèõ ñîñòàâëÿþùèõ â ñïåêòðå èìïóëüñíîãî ñèãíàëà? 10. Êàê íàéòè ðàñïðåäåëåíèå ìîùíîñòè è ýíåðãèè â ñïåêòðå íåïåðèîäè÷åñêîãî ñèãíàëà? 11. Êàêàÿ äîëÿ îáùåé ýíåðãèè ïðÿìîóãîëüíîãî èìïóëüñà ñîäåðæèòñÿ â ïðåäåëàõ îñíîâíîãî ëåïåñòêà ñïåêòðàëüíîé äèàãðàììû? Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè / Ïîä ðåä. ïðîô. Ä. Ä. Êëîâñêîãî. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1998. Ñ. 36–44, 88–90. 2. Áàñêàêîâ Ñ. È. Ðàäèîòåõíè÷åñêèå öåïè è ñèãíàëû. Ì.: Âûñø. øê., 2000. Ñ. 38–60.
Ñïðàâî÷íûå äàííûå î äèîäå ñèãíàëüíîì òèïà 1N4148: Uîáð.ìàêñ = 75 B; Iîáð = 5 ìêÀ; Uïð = 0,6 B; Iïð = 10 ìÀ; tâîññò.Rîáð = 4 íñ; C = 1,3 ïÔ.
19
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 3 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÑÒÀÖÈÎÍÀÐÍÛÕ ÑËÓ×ÀÉÍÛÕ ÏÐÎÖÅÑÑΠÖåëü ðàáîòû: èññëåäîâàíèå ñòàöèîíàðíûõ ñëó÷àéíûõ ïðîöåññîâ. 1. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÑÕÅÌÛ
Îñöèëëîãðàô 2 Ãåíåðàòîð ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ
Uâ (t) Ñìåñèòåëü 1
Ãåíåðàòîð ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà
Èíòåãðàòîð
Uo (t) Ãåíåðàòîð îïîðíûõ èìïóëüñîâ
Äåòåêòîð B (τ)
Ãåòåðîäèí
Ñìåñèòåëü 2
Îñöèëëîãðàô 1 Îñöèëëîãðàô 3 Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ñòàöèîíàðíûõ ñëó÷àéíûõ ïðîöåññîâ
Ãåíåðàòîð ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ – ñîçäàåò ïîñëåäîâàòåëüíîñòü èìïóëüñîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Ãåíåðàòîð ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà – ñîçäàåò ñòîõàñòè÷åñêèé ñèãíàë. Îñíîâàí íà èñòî÷íèêå ïîëèíîìèàëüíîãî ñèãíàëà â êîòîðîì ìîäåëèðóåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå ÀÌ, ×Ì è ãàðìîíè÷åñêîãî êîëåáàíèé. Ãåíåðàòîð îïîðíûõ èìïóëüñîâ – ñîçäàåò îïîðíûå èìïóëüñû ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Ñìåñèòåëü 1 – ïðîèçâîäèò ïåðåìíîæåíèå âõîäíîãî è îïîðíîãî ñèãíàëà. Ïðè ýòîì îïîðíûé èìïóëüñ ïåðåìåùàåòñÿ âî âðåìåíè îòíîñèòåëüíî âõîäíûõ èìïóëüñîâ ñ øàãîì t. Èíòåãðàòîð – ïðèìåíÿåòñÿ èíòåãðèðóþùàÿ RC öåïü. Äåòåêòîð – ïðèìåíÿåòñÿ äåòåêòîð íà ïîëóïðîâîäíèêîâîì äèîäå òèïà 1N4148. Íà âûõîäå äåòåêòîðà ñíèìàåòñÿ ñèãíàë ñîîòâåòñòâóþùèé êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè:
B (τ) =
20
T /2
1 Uâ(t)Uî(t + τ)dt. T −T∫/2
Ýíåðãåòè÷åñêèé ñïåêòð ñëó÷àéíîãî ñèãíàëà îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæåíèåì: ∞
W ( f ) = 4 ∫ B(τ) cos2πf τdτ. 0
Ãåòåðîäèí – ïðèìåíÿåòñÿ èñòî÷íèê ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà. Ñìåñèòåëü 2 – ïðîèçâîäèò ïåðåìíîæåíèå ñèãíàëîâ êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè è ãåòåðîäèíà. Íà âûõîäå îáðàçóåòñÿ ñèãíàë ñâåðòêè. Îñöèëëîãðàôû 1–3 – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé äâóõëó÷åâîé îñöèëëîãðàô.  äàííîé ðàáîòå ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ïàðàìåòðû ðàçâåðòêè è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ òàê, ÷òîáû íà åãî ýêðàíå ðåãèñòðèðîâàëîñü îò 1 äî 2 ïåðèîäîâ ñèãíàëà áåç îãðàíè÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå. 2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß
1. Ïåðåä âûïîëíåíèåì ðàáîòû ïîäãîòîâèòü ïðîåêò îò÷åòà î ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò ñ óêàçàíèåì íàèìåíîâàíèÿ ðàáîòû, íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ, Ô.È.Î. ñòóäåíòà, íîìåð ãðóïïû è äàòû âûïîëíåíèÿ ðàáîòû; – ëèñòû äëÿ êîïèðîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñõåì, ðåãèñòðàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ðàñ÷åòíûõ äàííûõ è âûâîäîâ. Âàðèàíò çàäàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïðè ïîäãîòîâêå ïðîåêòà îò÷åòà èñïîëüçîâàòü ôîðìó èç ôàéëà otchet.doc. 2.  ïðîãðàììå Multisim ñîçäàòü ìîäåëü äëÿ èññëåäîâàíèÿ ñòàöèîíàðíûõ ñëó÷àéíûõ ïðîöåññîâ â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 2. 4. Óñòàíîâèòü ïàðàìåòðû ãåíåðàòîðà îïîðíûõ èìïóëüñîâ V1 è ãåíåðàòîðà ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ V2 â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 1 è 2. 4. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêèõ ñèãíàëîâ V3: – ÷àñòîòà Frequency = 1 ÌÃö; – ôàçîâûé ñäâèã Phase = 90°. 5. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà V4 ÀÌ-ñèãíàëîâ: – íåñóùàÿ ÷àñòîòà FC = 100 êÃö; – ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè FM = 10 êÃö. 6. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà V5 ×Ì-ñèãíàëîâ: – àìïëèòóäà Voltage Amplitude = 1Â; – íåñóùàÿ ÷àñòîòà Carrier Frequency = 100 êÃö; – ÷àñòîòà äåâèàöèè Signal Frequency = 10 êÃö. 21
22 B
FM
1
U3
U2
POLY U1
U3
U2
POLY U1
A1
1 1V 1000Hz 0Deg
V6
5V 1000Hz 100Hz
A2
G T A
R1
G T
1.0kohm
B
XSC2 G T
R2 1.0kohm
B
1V 1000Hz 0Deg
V3
1N4148 C1 3.0nF
D1
A
XSC3
1V/V 0V C2 5.1nF
Y
K*XY X
A3
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ñòàöèîíàðíûõ ñëó÷àéíûõ ïðîöåññîâ
V5
V4 1V 1000Hz 100Hz AM
V2 PULSE 0V 5V 1000Hz
0V 5V 1000Hz PULSE
V1
A
XSC1
Òàáëèöà 1 Âàðèàíòû çàäàíèé ïàðàìåòðîâ ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ V1 Íîìåð âàðèàíòà
Âðåìÿ çàäåðæêè (Delay Time), íñ
Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà Tî (PulseWidth), íñ
Ïåðèîä ñëåäîâàíèÿ (Period), íñ
1
976
488
1480
2
976
490
1480
3
976
495
1480
4
976
500
1480
5
976
505
1480
6
976
510
1480
7
976
515
1480
8
976
485
1480
9
976
480
1480
10
976
520
1480
Òàáëèöà 2 Âàðèàíòû çàäàíèé ïàðàìåòðîâ ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ V2 Íîìåð âàðèàíòà
Âðåìÿ çàäåðæêè (Delay Time), íñ
Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà Tâ (PulseWidth), íñ
Ïåðèîä ñëåäîâàíèÿ (Period), íñ
1
500
488
1500
2
500
490
1500
3
500
495
1500
4
500
500
1500
5
500
505
1500
6
500
510
1500
7
500
515
1500
8
500
485
1500
9
500
480
1500
10
500
520
1500
7. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêèõ ñèãíàëîâ V6: – ÷àñòîòà Frequency = 100 êÃö; 23
– ôàçîâûé ñäâèã Phase = 90°. 8. Óñòàíîâèòü êîýôôèöèåíòû ïîëèíîìèàëüíîãî èñòî÷íèêà A1 ðàâíûìè A = 0, F = 1. 9. Óñòàíîâèòü êîýôôèöèåíòû ïîëèíîìèàëüíîãî èñòî÷íèêà A2 ðàâíûìè F = 1, G = 1, I = 1. 10. Ïðåäñòàâèòü ñîáðàííóþ ìîäåëü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 11. Íàæàòèåì ïðàâîé êíîïêè ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè âûçâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âêëàäêó è óñòàíîâèòü öâåò âñåõ êîìïîíåíòîâ ìîäåëè – êðàñíûé. Êîïèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ìîäåëè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè è ñâåðòêè èìïóëüñîâ ðàâíîé äëèòåëüíîñòè 12. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà XSC1 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 13. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 14. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. Ðàñïîëîæèòü îêíî ãðàôèêà â íèæíåì ëåâîì óãëó ìîíèòîðà òàêèì îáðàçîì,÷òîáû èçîáðàæåíèå ñõåìû ìîäåëè áûëî äîñòóïíî. 15. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 16. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà XSC2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 17. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 18. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 19. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 20. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë ñâåðòêè íà âõîäå îñöèëëîãðàôà XSC3  (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 21. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 22. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 24
23. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè è ñâåðòêè èìïóëüñîâ ïðè Tâ > Tî 24. Óñòàíîâèòü äëèòåëüíîñòü âõîäíûõ èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà V2 ðàâíîé 2Tâ (ãäå Tâ – çíà÷åíèå èç òàáë. 2 äëÿ çàäàííîãî âàðèàíòà). 25. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà XSC2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 26. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 27. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 28. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 29. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë ñâåðòêè íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà XSC3 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 30. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 31. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 32. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè è ñâåðòêè èìïóëüñîâ ïðè Tâ< Tî 33. Óñòàíîâèòü äëèòåëüíîñòü âõîäíûõ èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà V2 ðàâíîé 0,5Tâ (ãäå Tâ – çíà÷åíèå èç òàáë. 2 äëÿ çàäàííîãî âàðèàíòà). 34. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà XSC2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 35. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 36. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 37. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 25
38. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë ñâåðòêè íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà XSC3 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 39. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 40. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 41. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Âûäåëåíèå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè èìïóëüñîâ èç øóìîïîäîáíîãî ñèãíàëà 42. Óñòàíîâèòü äëèòåëüíîñòü âõîäíûõ èìïóëüñîâ ãåíåðàòîðà V2 ðàâíîé Tâ (ãäå Tâ – çíà÷åíèå èç òàáë. 2 äëÿ çàäàííîãî âàðèàíòà). 43. Óñòàíîâèòü êîýôôèöèåíòû ïîëèíîìèàëüíîãî èñòî÷íèêà A1 ðàâíûìè D = 0,5, K = 1. 44. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë íà âõîäå A îñöèëëîãðàôà XSC2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 45. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 46. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 47. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 48. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë ñâåðòêè íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà XSC3 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 49. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 50. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 51. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 52. Ïðåäñòàâèòü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 53. Çàêðûòü îêíî ïðîãðàììû Multisim áåç ñîõðàíåíèÿ èçìåíåíèé â ôàéëå Circuit 1. 54. Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå äàííûå, ïîäãîòîâèòü îò÷åò â ðåäàêòîðå Word, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò; 26
– öåëü ðàáîòû; – ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èññëåäîâàíèÿ; – ãðàôèêè îñöèëëîãðàìì; – ðàñ÷åòû ýíåðãåòè÷åñêîãî ñïåêòðà ñèãíàëà ïî êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè, ïîëó÷åííîé â ï. 16; – âûâîäû. 55. Ñîõðàíèòü îò÷åò â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå, ïðèìåíÿÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïóòü Ôàéë (File)–Ñîõðàíèòü êàê (Save as). Èìÿ ñîõðàíÿåìîãî ôàéëà äîëæíî ñîäåðæàòü íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ. Íàïðèìåð: otchet3-1. 56. Ïðåäñòàâèòü îò÷åò ê çàùèòå ïðåïîäàâàòåëþ. 3. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ
1. Äàéòå îïðåäåëåíèå êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè ñèãíàëà B (t). 2. Äàéòå îïðåäåëåíèå ñïåêòðàëüíîé ïëîòíîñòè ýíåðãèè W (f) è ìîùíîñòè G (f) ñèãíàëîâ. 3. Êàêîâû ðàçìåðíîñòè B (t), W (f) è G (f) è èõ ñâîéñòâà? 4. Êàê âû÷èñëÿþò ñïåêòð ïðîèçâåäåíèÿ ñèãíàëîâ? 5. Êàê èçìåíÿåòñÿ ñïåêòð ñèãíàëà â ðåçóëüòàòå åãî óìíîæåíèÿ íà ãàðìîíè÷åñêîå êîëåáàíèå? Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè / Ïîä ðåä. ïðîô. Ä. Ä. Êëîâñêîãî. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü,1998. Ñ. 49–59. 2. Áàñêàêîâ Ñ. È. Ðàäèîòåõíè÷åñêèå öåïè è ñèãíàëû. Ì.: Âûñø. øê., 2000. Ñ. 164–170. 3. Êàãàíîâ Â. È. ÐÀÄÈÎÒÅÕÍÈÊÀ+ÊÎÌÏÜÞÒÅÐ+MATHCAD. Ì.: Ãîðÿ÷àÿ ëèíèÿ – Òåëåêîì, 2001. Ñ. 30–39.
Ñïðàâî÷íûå äàííûå î äèîäå ñèãíàëüíîì òèïà 1N4148: Uîáð.ìàêñ = 75 B; Iîáð = 5 ìêÀ; Uïð = 0,6 B; Iïð = 10 ìÀ; tâîññò.Rîáð = 4 íñ; C = 1,3 ïÔ.
27
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 4 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÓÑÈËÈÒÅËß ÑÈÃÍÀËΠ ËÈÍÅÉÍÎÌ È ÍÅËÈÍÅÉÍÎÌ ÐÅÆÈÌÀÕ Öåëü ðàáîòû: èññëåäîâàíèå àïåðèîäè÷åñêîãî è ðåçîíàíñíîãî óñèëèòåëåé â ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ ðàáîòû. 1. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÑÕÅÌÛ
Èñòî÷íèê ÀÌ-ñèãíàëà
Óñèëèòåëü
Îñöèëëîãðàô
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ óñèëèòåëÿ ñèãíàëîâ
Èñòî÷íèê ÀÌ ñèãíàëà – ñîçäàåò ÀÌ-ñèãíàë âèäà: SÀÌ = À0[1+M cos (Ωt+ϕ)] cosω0t. Ïîëíàÿ øèðèíà ñïåêòðà ñèãíàëà = 2Ω; êîýôôèöèåíò ìîäóëÿöèè, (%) = 100Ì =
Amax − Amin × 100%. Amax + Amin
Óñèëèòåëü ñèãíàëîâ – íà îñíîâå áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà òèïà 2N2222A, âêëþ÷åííîãî ïî ñõåìå ñ ÎÝ. Ïåðåêëþ÷åíèå èç àïåðèîäè÷åñêîãî ðåæèìà ðàáîòû â ðåçîíàíñíûé ïðîèçâîäèòñÿ ïóòåì çàìåíû ðåçèñòîðà R4 íà êîíòóð L1C2. Äîáðîòíîñòü êîíòóðà íà ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòå Q = ωðåçL/R, ãäå R – èìïåäàíñ êîíòóðà. Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ïî óðîâíþ ìèíóñ 3 äÁ (0,707) ∆f–3äÁ = ωðåç/Q. Îñöèëëîãðàô – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé äâóõëó÷åâîé îñöèëëîãðàô.  äàííîé ðàáîòå ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ïàðàìåòðû ðàçâåðòêè è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ òàê, ÷òîáû íà åãî ýêðàíå ðåãèñòðèðîâàëîñü áîëåå 2 ïåðèîäîâ ñèãíàëà áåç îãðàíè÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå. 2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß
1. Ïåðåä âûïîëíåíèåì ðàáîòû ïîäãîòîâèòü ïðîåêò îò÷åòà î ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ:
28
– òèòóëüíûé ëèñò ñ óêàçàíèåì íàèìåíîâàíèÿ ðàáîòû, íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ, Ô.È.Î. ñòóäåíòà, íîìåð ãðóïïû è äàòû âûïîëíåíèÿ ðàáîòû; – ëèñòû äëÿ êîïèðîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñõåì, ðåãèñòðàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ðàñ÷åòíûõ äàííûõ è âûâîäîâ. Âàðèàíò çàäàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïðè ïîäãîòîâêå ïðîåêòà îò÷åòà èñïîëüçîâàòü ôîðìó èç ôàéëà otchet.doc. 2.  ïðîãðàììå Multisim ñîçäàòü ìîäåëü äëÿ èññëåäîâàíèÿ óñèëèòåëÿ ñèãíàëîâ â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 2. 3. Óñòàíîâèòü ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà V1 (ÀÌ-ñèãíàëà) VC, FÑ, M, FM è çíà÷åíèé L1, C2, R5 â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 1. Òàáëèöà 1 Âàðèàíòû çàäàíèé Íîìåð Àìïëèòóäà âàðèàíòà (VC), Â
Íåñóùàÿ ÷àñòîòà (FÑ), êÃö
Kîýôôèöèåíò ìîäóëÿöèè (M)
×àñòîòà ìîäóëÿöèè (FM), êÃö
L1 , ìêÃí
C2, íÔ
R5, Îì
1
0,1
295
0,7
5
62
4,7
1
2
0,1
155
0,9
3
300
3,6
12
3
0,1
180
0,6
4
150
5,1
1,5
4
0,1
200
0,4
5
620
1,0
51
5
0,1
405
0,5
6
150
1,0
6,2
6
0,1
450
0,8
7
62
2,0
3
7
0,1
515
0,7
8
62
1,5
2
8
0,1
610
0,5
5
30
2,2
1
9
0,1
185
0,6
4
620
1,2
47
10
0,1
255
0,8
7
300
1,3
27
4. Ïðåäñòàâèòü ñîáðàííóþ ìîäåëü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 5. Íàæàòèåì ïðàâîé êíîïêè ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè âûçâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âêëàäêó è óñòàíîâèòü öâåò âñåõ êîìïîíåíòîâ ìîäåëè – êðàñíûé. Êîïèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ìîäåëè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 29
30
B
C1
100nF R2 10kohm
R1 110kohm
R4 1.0kohm
Q1 2N2222A
J2 Key = Space
R3 10kohm C2 1.6nF
R5 2.0ohm
L1 82uH
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ óñèëèòåëÿ ñèãíàëîâ
V2 1V 1000Hz 0Deg
Key = C
J1
V1 AM 1V 1000Hz 100Hz
A
G T
XSC1 12V
V3
Îïðåäåëåíèå À×Õ àïåðèîäè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ 6. Óñòàíîâèòü àìïëèòóäó èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà V2 – 0,1 Â. 7. Óñòàíîâèòü ÷àñòîòó èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà V2 – 125 Ãö. 8. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ãàðìîíè÷åñêèé ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 9. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 10. Èçìåðèòü àìïëèòóäó ñèãíàëà ñ ïîìîùüþ âèçèðîâ îñöèëëîãðàôà. Äàííûå èçìåðåíèé çàíåñòè â òàáë. 1 îò÷åòà. 11. Ïîâòîðèòü èçìåðåíèÿ ïî ïï. 8–10, óâåëè÷èâàÿ ÷àñòîòó èñòî÷íèêà V2 îò 250 Ãö äî 10 ÌÃö äëÿ ñëåäóþùèõ çíà÷åíèé: F = 250; 500 Ãö; 5; 50; 500 êÃö; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 Ìãö. Îïðåäåëåíèå À×Õ ðåçîíàíñíîãî óñèëèòåëÿ 12. Ïîäêëþ÷èòü êîíòóð L1Ñ2 â êîëëåêòîðíóþ öåïü òðàíçèñòîðà íàæàòèåì êëàâèøè Space. 13. Óñòàíîâèòü ÷àñòîòó èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà V2 = (FC– 10 êÃö). 14. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ãàðìîíè÷åñêèé ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 15. Äîæäàòüñÿ óñòàíîâèâøåãîñÿ ðåæèìà ðàáîòû ðåçîíàíñíîãî óñèëèòåëÿ, íàáëþäàÿ çà ïðîöåññîì â îêíå ãðàôèêà MathCad (âûçûâàåòñÿ íà ìîíèòîð ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue). Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 16. Èçìåðèòü àìïëèòóäó ñèãíàëà ñ ïîìîùüþ âèçèðîâ îñöèëëîãðàôà. Äàííûå èçìåðåíèé çàíåñòè â òàáë. 2 îò÷åòà. 17. Ïîâòîðèòü èçìåðåíèÿ ïî ïï. 14–16, óâåëè÷èâàÿ ÷àñòîòó èñòî÷íèêà V2 îò (FC–9 êÃö) äî (FC+10 êÃö) ñ øàãîì 1 êÃö. Îïðåäåëåíèå âîçäåéñòâèÿ ÀÌ-ñèãíàëà íà àïåðèîäè÷åñêèé è ðåçîíàíñíûé óñèëèòåëè â ëèíåéíîì ðåæèìå 18. Ïîäêëþ÷èòü ê êîíäåíñàòîðó Ñ1 èñòî÷íèê ÀÌ-ñèãíàëà íàæàòèåì êëàâèøè Ñ. 19. Ïîäêëþ÷èòü ðåçèñòîð R3 â êîëëåêòîðíóþ öåïü òðàíçèñòîðà íàæàòèåì êëàâèøè Space. 31
20. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà A (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 21. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 22. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 23. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 24. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 25. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 26. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 27. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 28. Ïîäêëþ÷èòü êîíòóð L1Ñ2 â êîëëåêòîðíóþ öåïü òðàíçèñòîðà íàæàòèåì êëàâèøè Space. 29. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 30. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 31. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 32. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Îïðåäåëåíèå âîçäåéñòâèÿ ñèãíàëîâ íà àïåðèîäè÷åñêèé è ðåçîíàíñíûé óñèëèòåëè â íåëèíåéíîì ðåæèìå 33. Óñòàíîâèòü ÷àñòîòó èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà V2 = FC è àìïëèòóäó ñèãíàëà 0,5 Â. 34. Ïîäêëþ÷èòü ê êîíäåíñàòîðó Ñ1 èñòî÷íèê ñèãíàëà V2 íàæàòèåì êëàâèøè Ñ. 35. Èçìåíèòü íîìèíàë ðåçèñòîðà R2 íà 2,7 êÎì. 36. Ïîäêëþ÷èòü ðåçèñòîð R3 â êîëëåêòîðíóþ öåïü òðàíçèñòîðà íàæàòèåì êëàâèøè Space. 37. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 32
38. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 39. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 40. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 41. Ïîäêëþ÷èòü ê êîíäåíñàòîðó Ñ1 èñòî÷íèê ÀÌ-ñèãíàëà V1 íàæàòèåì êëàâèøè Ñ. 42. Óñòàíîâèòü àìïëèòóäó èñòî÷íèêà ÀÌ-ñèãíàëà V1 ðàâíîé 0,5 Â. 43. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 44. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 45. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 46. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 47. Ïîäêëþ÷èòü êîíòóð L1Ñ2 â êîëëåêòîðíóþ öåïü òðàíçèñòîðà íàæàòèåì êëàâèøè Space. 48. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 49. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 50. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 51. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 52. Ïðåäñòàâèòü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 53. Çàêðûòü îêíî ïðîãðàììû Multisim áåç ñîõðàíåíèÿ èçìåíåíèé â ôàéëå Circuit 1. 54. Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå äàííûå, ïîäãîòîâèòü îò÷åò â ðåäàêòîðå Word, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò; – öåëü ðàáîòû; – ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èññëåäîâàíèÿ óñèëèòåëÿ; – À×Õ àïåðèîäè÷åñêîãî óñèëèòåëÿ (ïî äàííûì òàáë. 1) è ðåçîíàíñíîãî óñèëèòåëÿ (ïî äàííûì òàáë. 2) â ëîãàðèôìè÷åñêîì ìàñøòàáå ïî îñè X; 33
– ãðàôèêè îñöèëëîãðàìì; – ðàñ÷åòû äîáðîòíîñòè è èìïåäàíñà LC-êîíòóðà íà îñíîâå èçìåðåííîé À×Õ ðåçîíàíñíîãî óñèëèòåëÿ; – âûâîäû. 55. Ñîõðàíèòü îò÷åò â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå, ïðèìåíÿÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïóòü Ôàéë (File)–Ñîõðàíèòü êàê (Save as). Èìÿ ñîõðàíÿåìîãî ôàéëà äîëæíî ñîäåðæàòü íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ. Íàïðèìåð: otchet4-7. 56. Ïðåäñòàâèòü îò÷åò ê çàùèòå ïðåïîäàâàòåëþ. 3. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ
1. Äàéòå îïðåäåëåíèå óñèëèòåëüíîãî óñòðîéñòâà. 2. Íàçîâèòå îñîáåííîñòè ëèíåéíîãî ðåæèìà ðàáîòû óñèëèòåëÿ. 3. Îáúÿñíèòå ïîíÿòèå ”ðàáî÷àÿ òî÷êà” è êàê îíà âûáèðàåòñÿ. 4. Êàê ðàññ÷èòûâàåòñÿ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ è îò÷åãî îí çàâèñèò? 5. Îñîáåííîñòè íåëèíåéíîãî ðåæèìà ðàáîòû óñèëèòåëÿ. 6. Îïðåäåëèòå óãîë îòñå÷êè è ïîðÿäîê åãî ðàñ÷åòà. 7. Êàê ðàññ÷èòûâàåòñÿ êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ðåçîíàíñíîãî óñèëèòåëÿ â íåëèíåéíîì ðåæèìå è îò÷åãî îí çàâèñèò? 8. Ïðèíöèïû âûáîðà ïîëîñû ïðîïóñêàíèÿ ðåçîíàíñíîãî óñèëèòåëÿ. 9. Ïðè÷èíû èñêàæåíèé ñèãíàëà ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç ñèñòåìû ñâÿçè. Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè / Ïîä ðåä. ïðîô. Ä. Ä. Êëîâñêîãî. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1998. Ñ. 82–89. 2. Áàñêàêîâ Ñ. È. Ðàäèîòåõíè÷åñêèå öåïè è ñèãíàëû. Ì.: Âûñø. øê., 2000. Ñ. 200–208, 283–291.
Ñïðàâî÷íûå äàííûå î òðàíçèñòîðå òèïà 2N2222: Uêý.ìàêñ = 30 B; Iê.ìàêñ = 600 ìÀ; Iê = 150 ìÀ; h21ý = 150; Cêá = 5 ïÔ; fñð = 300 ÌÃö.
34
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 5 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÀÌÏËÈÒÓÄÍÎÃÎ ÌÎÄÓËßÒÎÐÀ Öåëü ðàáîòû: èññëåäîâàíèå àìïëèòóäíîãî ìîäóëÿòîðà â ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ ðàáîòû. 1. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÑÕÅÌÛ
Ãåíåðàòîð ñèãíàëà ÷àñòîòû ìîäóëèðîâàíèÿ
Ãåíåðàòîð ñèãíàëà íåñóùåé ÷àñòîòû
Îñöèëëîãðàô Àìïëèòóäíûé ìîäóëÿòîð Àíàëèçàòîð ñïåêòðà
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ àìïëèòóäíîãî ìîäóëÿòîðà
Èñòî÷íèêè ñèãíàëîâ íåñóùåé è ÷àñòîòû ìîäóëèðîâàíèÿ – ñîçäàþò ãàðìîíè÷åñêèå ñèãíàëû âèäà: Síåñ = À0cosω0t, Sìîä = Àìîä cosΩt. Àìïëèòóäíûé ìîäóëÿòîð – íà îñíîâå áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà òèïà 2N2222A, âêëþ÷åííîãî ïî ñõåìå ñ ÎÝ: SÀÌ = À0 (1+M cos Ωt) cosω0t = = À0 [cosω0t + 0,5 M cos (ω0 + Ω)t + 0,5 M cos (ω0 – Ω)t ]. Ïîëíàÿ øèðèíà ñïåêòðà ñèãíàëà = 2Ω. Êîýôôèöèåíò ìîäóëÿöèè, % = 100Ì =
Amax − Amin × 100%. Amax + Amin
Îñöèëëîãðàô – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé äâóõëó÷åâîé îñöèëëîãðàô. Ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíîâèòü ïàðàìåòðû ðàçâåðòêè è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ òàê, ÷òîáû íà åãî ýêðàíå ðåãèñòðèðîâàëîñü áîëåå 2 ïåðèîäîâ ñèãíàëà áåç îãðàíè÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå. Àíàëèçàòîð ñïåêòðà – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé àíàëèçàòîð ñïåêòðà. 35
2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß
1. Ïåðåä âûïîëíåíèåì ðàáîòû ïîäãîòîâèòü ïðîåêò îò÷åòà î ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò ñ óêàçàíèåì íàèìåíîâàíèÿ ðàáîòû, íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ, Ô.È.Î. ñòóäåíòà, íîìåð ãðóïïû è äàòû âûïîëíåíèÿ ðàáîòû; – ëèñòû äëÿ êîïèðîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñõåì, ðåãèñòðàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ðàñ÷åòíûõ äàííûõ è âûâîäîâ. Âàðèàíò çàäàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïðè ïîäãîòîâêå ïðîåêòà îò÷åòà èñïîëüçîâàòü ôîðìó èç ôàéëà otchet.doc. 2.  ïðîãðàììå Multisim ñîçäàòü ìîäåëü äëÿ èññëåäîâàíèÿ àìïëèòóäíîãî ìîäóëÿòîðà â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 2. 3. Óñòàíîâèòü ïàðàìåòðû èñòî÷íèêîâ ñèãíàëîâ V1, V2 è çíà÷åíèé L1, C2, R5 â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 1. Òàáëèöà 1 Âàðèàíòû çàäàíèé Íîìåð âàðèàíòà
Àìïëèòóäà èñòî÷íèêà V1 , Â
×àñòîòà èñòî÷íèêà V1 , êÃö
Àìïëèòóäà èñòî÷íèêà V2, Â
×àñòîòà èñòî÷íèêà V2, êÃö
L1 , ìêÃí
C2, íÔ
R5, Îì
1
0,5
155
0,1
3
300
3,6
12
2
0,5
200
0,1
5
620
1,0
51
3
0,5
450
0,1
7
62
2,0
3
4
0,5
610
0,1
3
30
2,2
1
5
0,5
255
0,1
7
300
1,3
27
6
0,5
185
0,1
4
620
1,2
47
7
0,5
515
0,1
8
62
1,5
2
8
0,5
405
0,1
6
150
1,0
6,2
9
0,5
180
0,1
2,5
150
5,1
1,5
10
0,5
295
0,1
2
62
47
1
4. Ïðåäñòàâèòü ñîáðàííóþ ìîäåëü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè.
36
37
B
C1
100nF
G T
R2 2.7kohm
R1 110kohm
T1
R4 TS_RF 1.0kohm
Q1 2N2222A
Key = Space
J1
R3 10kohm
C2 2.2nF R5 1.0ohm
L1 30uH
12V
V2 1V 1000Hz 0Deg
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ àìïëèòóäíîãî ìîäóëÿòîðà
V1 1V 1000Hz 0Deg
A
XSC1
V3
5. Íàæàòèåì ïðàâîé êíîïêè ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè âûçâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âêëàäêó è óñòàíîâèòü öâåò âñåõ êîìïîíåíòîâ ìîäåëè – êðàñíûé. Êîïèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ìîäåëè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Îïðåäåëåíèå âëèÿíèÿ àìïëèòóäû èñòî÷íèêà V2 íà êîýôôèöèåíò ìîäóëÿöèè 6. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 7. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 8. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 9. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 10. Ïîâòîðèòü èçìåðåíèÿ ïî ïï. 6–9, óâåëè÷èâàÿ àìïëèòóäó èñòî÷íèêà V2 äëÿ ñëåäóþùèõ çíà÷åíèé: V2 = 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 è 5 Â. Îïðåäåëåíèå âëèÿíèÿ àìïëèòóäû èñòî÷íèêà V1 íà ôîðìó ÀÌ-ñèãíàëà 11. Óñòàíîâèòü àìïëèòóäó èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà V2= = 0,5 Â. 12. Óñòàíîâèòü àìïëèòóäó èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà V1 = =1 Â. 13. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 14. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 15. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 16. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 17. Ïîâòîðèòü èçìåðåíèÿ ïî ïï. 13–16, óâåëè÷èâàÿ àìïëèòóäó èñòî÷íèêà V1 äëÿ ñëåäóþùèõ çíà÷åíèé: V1 = 1,5; 2; 2,5 Â. Îïðåäåëåíèå ñïåêòðàëüíîãî ñîñòàâà âûõîäíîãî ñèãíàëà ïðè íåëèíåéíîì ðåæèìå ðàáîòû óñèëèòåëÿ 18. Óñòàíîâèòü àìïëèòóäó èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà V1 = = 0,5 Â. 38
19. Ïîäêëþ÷èòü ðåçèñòîð R3 â êîëëåêòîðíóþ öåïü òðàíçèñòîðà íàæàòèåì êëàâèøè Space. 20. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà  (â ðåæèìå AC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 21. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 22. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 23. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 24. Ïîäêëþ÷èòü ê êîëëåêòîðó òðàíçèñòîðà àíàëèçàòîð ñïåêòðà. 25. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è îïðåäåëèòü ñïåêòð âûõîäíîãî ñèãíàëà. 26. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü. 27. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå äàííûõ â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 28. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Îïðåäåëåíèå ñïåêòðàëüíîãî ñîñòàâà âûõîäíîãî ñèãíàëà ìîäóëÿòîðà 29. Ïîäêëþ÷èòü êîíòóð L1Ñ2 â êîëëåêòîðíóþ öåïü òðàíçèñòîðà íàæàòèåì êëàâèøè Space. 30. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è îïðåäåëèòü ñïåêòð âûõîäíîãî ñèãíàëà. 31. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü. 32. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå äàííûõ â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 33. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 34. Ïðåäñòàâèòü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 35. Çàêðûòü îêíî ïðîãðàììû Multisim áåç ñîõðàíåíèÿ èçìåíåíèé â ôàéëå Circuit 1. Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå äàííûå, ïîäãîòîâèòü îò÷åò â ðåäàêòîðå Word, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò; – öåëü ðàáîòû; – ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èññëåäîâàíèÿ àìïëèòóäíîãî ìîäóëÿòîðà; – ãðàôèêè îñöèëëîãðàìì è ñïåêòðîâ ñèãíàëîâ; – ðàñ÷åòû êîýôôèöèåíòîâ ìîäóëÿöèè ïî ïîëó÷åííûì äàííûì è ãðàôèê çàâèñèìîñòè Ì = f (V2), ïîäãîòîâëåííûé â ïðîãðàììå MathCad; 39
– âûâîäû. 37. Ñîõðàíèòü îò÷åò â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå, ïðèìåíÿÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïóòü Ôàéë (File)–Ñîõðàíèòü êàê (Save as). Èìÿ ñîõðàíÿåìîãî ôàéëà äîëæíî ñîäåðæàòü íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ. Íàïðèìåð: otchet 5-7. 38. Ïðåäñòàâèòü îò÷åò ê çàùèòå ïðåïîäàâàòåëþ. 3. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ
1. Äàéòå îïðåäåëåíèå ìîäóëÿöèè êàê îäíîãî èç ðàäèîòåõíè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. 2. Ïðèíöèï ðàáîòû àìïëèòóäíîãî ìîäóëÿòîðà. 3. Îáúÿñíèòå íåîáõîäèìîñòü ðàáîòû â ðåæèìå ñ îòñå÷êîé. 4. Êàê âûáèðàåòñÿ äîáðîòíîñòü êîíòóðà ìîäóëÿòîðà? 5. Êàê ðåãóëèðóåòñÿ ãëóáèíà ìîäóëÿöèè âûõîäíîãî ñèãíàëà? 6. Êàê ïîâûñèòü ýôôåêòèâíîñòü âûõîäíîãî ñèãíàëà ñ ÀÌ. 7. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ áàëàíñíîãî ìîäóëÿòîðà. 8. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ÷àñòîòíîãî ìîäóëÿòîðà. 9. Îáúÿñíèòå ïðèíöèï äåéñòâèÿ ÷àñòîòíîãî ìîäóëÿòîðà íà îñíîâå áàëàíñíîãî ìîäóëÿòîðà. Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè / Ïîä ðåä. ïðîô. Ä. Ä. Êëîâñêîãî. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1998. Ñ. 88–94. 2. Áàñêàêîâ Ñ. È. Ðàäèîòåõíè÷åñêèå öåïè è ñèãíàëû. Ì.: Âûñø. øê., 2000. Ñ. 291–300.
Ñïðàâî÷íûå äàííûå î òðàíçèñòîðå òèïà 2N2222: Uêý.ìàêñ = 30 B; Iê.ìàêñ = 600 ìÀ; Iê = 150 ìÀ; h21ý = 150; Cêá = 5 ïÔ; fñð = 300 ÌÃö.
40
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 6 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÀÌÏËÈÒÓÄÍÎÃÎ ÄÅÒÅÊÒÎÐÀ Öåëü ðàáîòû: èññëåäîâàíèå ðàáîòû àìïëèòóäíîãî äåòåêòîðà â ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ. 1. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÑÕÅÌÛ
Äåòåêòîð Èñòî÷íèê ÀÌ-ñèãíàëà
Íåëèíåéíûé ýëåìåíò
ÔÍ×
Îñöèëëîãðàô
Ðèñ. 1 Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ àìïëèòóäíîãî äåòåêòîðà
Èñòî÷íèê ÀÌ-ñèãíàëà – ñîçäàåò ÀÌ-ñèãíàë âèäà: SÀÌ = À0[1+M cos (Ωt+ϕ)] cosω0t. Ïîëíàÿ øèðèíà ñïåêòðà ñèãíàëà = 2Ω.
Amax − Amin × 100%. Êîýôôèöèåíò ìîäóëÿöèè, % = 100 Ì = A max + Amin Íåëèíåéíûé ýëåìåíò – ïîëóïðîâîäíèêîâûé äèîä òèïà 1N4148. ÔÍ× – ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò 1-ãî ïîðÿäêà íà RC-öåïè. ×àñòîòà ñðåçà ÔÍ× ïî óðîâíþ –3 äÁ:
fñð =
1 . 2πRC
Îñöèëëîãðàô – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé äâóõëó÷åâîé îñöèëëîãðàô.  äàííîé ðàáîòå ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ïàðàìåòðû ðàçâåðòêè è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ òàê, ÷òîáû íà åãî ýêðàíå ðåãèñòðèðîâàëîñü îò 1 äî 2 ïåðèîäîâ ñèãíàëà áåç îãðàíè÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå. 2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß
1. Ïåðåä âûïîëíåíèåì ðàáîòû ïîäãîòîâèòü ïðîåêò îò÷åòà î ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò ñ óêàçàíèåì íàèìåíîâàíèÿ ðàáîòû, íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ, Ô.È.Î. ñòóäåíòà, íîìåð ãðóïïû è äàòû âûïîëíåíèÿ ðàáîòû; 41
– ëèñòû äëÿ êîïèðîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñõåì, ðåãèñòðàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ðàñ÷åòíûõ äàííûõ è âûâîäîâ. Âàðèàíò çàäàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïðè ïîäãîòîâêå ïðîåêòà îò÷åòà èñïîëüçîâàòü ôîðìó èç ôàéëà otchet.doc. 2.  ïðîãðàììå Multisim ñîçäàòü ìîäåëü äëÿ èññëåäîâàíèÿ àìïëèòóäíîãî äåòåêòîðà â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 2. 3. Óñòàíîâèòü ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà ÀÌ-ñèãíàëà VC, FÑ, M, FM â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 1. Òàáëèöà 1 Âàðèàíòû çàäàíèé Íîìåð Àìïëèòóäà âàðèàíòà (VC), Â
Íåñóùàÿ ÷àñòîòà (FÑ), ÌÃö
Kîýôôèöèåíò ìîäóëÿöèè (M)
×àñòîòà ìîäóëÿöèè (FM), êÃö
1
6
1
0,7
10
2
8
1
0,9
8
3
7
1
0,6
9
4
11
1
0,4
12
5
9
1
0,5
11
6
10
1
0,8
8
7
12
1
0,7
10
8
15
1
0,5
9
9
14
1
0,6
11
10
16
1
0,8
12
4. Ïðåäñòàâèòü ñîáðàííóþ ìîäåëü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 5. Íàæàòèåì ïðàâîé êíîïêè ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè âûçâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âêëàäêó è óñòàíîâèòü öâåò âñåõ êîìïîíåíòîâ ìîäåëè – êðàñíûé. Êîïèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ìîäåëè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå âõîäíîãî ÀÌ-ñèãíàëà 6. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå îñöèëëîãðàôà À (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 42
43
1V 1000Hz 100Hz
AM
V1
B
G T
1N4148
D1
R1 3.0kohm
J1 Key = C
R2 300kohm
C1 3.3nF
C2 110pF
J2 Key = Space
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ àìïëèòóäíîãî äåòåêòîðà
A
XSC1
7. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 8. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. Ðàñïîëîæèòü îêíî ãðàôèêà â íèæíåì ëåâîì óãëó ìîíèòîðà òàêèì îáðàçîì,÷òîáû èçîáðàæåíèå ñõåìû ìîäåëè áûëî äîñòóïíî. 9. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå äåòåêòèðîâàííîãî ñèãíàëà 10. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü äåòåêòèðîâàííûé ñèãíàë íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC). 11. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 12. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ïðîöåññà äåòåêòèðîâàíèÿ ÀÌ-ñèãíàëà ïðè èçìåíåíèè ÷àñòîòû ñðåçà ÔÍ× 13. Ïîäêëþ÷èòü êîíäåíñàòîð Ñ2 íàæàòèåì êëàâèøè Space. 14. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü äåòåêòèðîâàííûé ñèãíàë íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC). 15. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 16. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 17. Ïîäêëþ÷èòü êîíäåíñàòîð Ñ1 íàæàòèåì êëàâèøè Space. 18. Ïîäêëþ÷èòü ðåçèñòîð R2 íàæàòèåì êëàâèøè C. 19. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü äåòåêòèðîâàííûé ñèãíàë íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC). 20. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 21. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ïðîöåññà äåòåêòèðîâàíèÿ ÀÌ-ñèãíàëà ïðè ïåðåìîäóëÿöèè 22. Ïîäêëþ÷èòü ðåçèñòîð R1 íàæàòèåì êëàâèøè C. 23. Óñòàíîâèòü âåëè÷èíó êîýôôèöèåíòà ìîäóëÿöèè Ì = 1,2. 24. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü äåòåêòèðîâàííûé ñèãíàë íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC). 25. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 26. Êîïèðîâàòü ãðàôèê â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 44
27. Ïðåäñòàâèòü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 28. Çàêðûòü îêíî ïðîãðàììû Multisim áåç ñîõðàíåíèÿ èçìåíåíèé â ôàéëå Circuit 1. 29. Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå äàííûå, ïîäãîòîâèòü îò÷åò â ðåäàêòîðå Word, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò; – öåëü ðàáîòû; – ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èññëåäîâàíèÿ àìïëèòóäíîãî äåòåêòîðà; – ãðàôèêè îñöèëëîãðàìì; – ðàñ÷åòû ÷àñòîò ñðåçà ÔÍ× äëÿ âñåõ ïðèìåíÿåìûõ ñî÷åòàíèé RC; – âûâîäû. 30. Ñîõðàíèòü îò÷åò â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå, ïðèìåíÿÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïóòü Ôàéë (File)–Ñîõðàíèòü êàê (Save as). Èìÿ ñîõðàíÿåìîãî ôàéëà äîëæíî ñîäåðæàòü íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ. Íàïðèìåð: otchet6-10. 31. Ïðåäñòàâèòü îò÷åò ê çàùèòå ïðåïîäàâàòåëþ. 3. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ
1. Îáúÿñíèòå ðàçëè÷èÿ â ôîðìå ñèãíàëîâ, ïîëó÷åííûõ ïî ïï. 10 è 14. 2. Îáúÿñíèòå ôîðìó ñèãíàëà, ïîëó÷åííîãî ïî ï. 19. 3. Îáúÿñíèòå ïðè÷èíó èñêàæåíèé ñèãíàëà ïðè êîýôôèöèåíòå ìîäóëÿöèè Ì = 1,2 (ï. 24). 4. Îïðåäåëåíèå ïðîöåññà äåòåêòèðîâàíèÿ. 5. Îñîáåííîñòè äåòåêòèðîâàíèÿ ÀÌ-ñèãíàëîâ ñ îäíîé áîêîâîé ïîëîñîé (ÎÁÏ) ÷àñòîò. 6. Îñîáåííîñòè äåòåêòèðîâàíèÿ ÀÌ-ñèãíàëîâ ñ ïîäàâëåííîé íåñóùåé. 7. Îïðåäåëåíèå êîýôôèöèåíòà äåòåêòèðîâàíèÿ. 8. Îñîáåííîñòè âçàèìîäåéñòâèÿ ñèãíàëà è ïîìåõè â ÀÌ-äåòåêòîðå. 9. Îñîáåííîñòè ïðîõîæäåíèÿ ñëó÷àéíûõ ñèãíàëîâ ÷åðåç ÀÌ-äåòåêòîð. Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè / Ïîä ðåä. ïðîô. Ä. Ä. Êëîâñêîãî. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1998. Ñ. 88–94. 2. Áàñêàêîâ Ñ. È. Ðàäèîòåõíè÷åñêèå öåïè è ñèãíàëû. Ì.: Âûñø. øê., 2000. Ñ. 294–300.
Ñïðàâî÷íûå äàííûå î äèîäå ñèãíàëüíîì òèïà 1N4148: Uîáð.ìàêñ = 75 B; Iîáð = 5 ìêÀ; Uïð = 0,6 B; Iïð = 10 ìÀ; tâîññò.Rîáð = = 4 íñ; C = 1,3 ïÔ.
45
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 7 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ×ÀÑÒÎÒÍÎÃÎ ÄÅÒÅÊÒÎÐÀ Öåëü ðàáîòû: èññëåäîâàíèå ðàáîòû ÷àñòîòíîãî äåòåêòîðà íà LC-êîíòóðå. 1. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÑÕÅÌÛ
Äåòåêòîð Èñòî÷íèê ×Ì-ñèãíàëà
Èçìåðèòåëü À×Õ è Ô×Õ
LC-êîíòóð Îñöèëëîãðàô
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ÷àñòîòíîãî äåòåêòîðà
Èñòî÷íèê ×Ì-ñèãíàëà – ñîçäàåò ×Ì-ñèãíàë âèäà: S×Ì = À0 sin[ωt+ (∆ω/Ω)sinΩt], ãäå À0 – àìïëèòóäà íåñóùåé; ∆ω – äèàïàçîí ÷àñòîòíîãî îòêëîíåíèÿ (äåâèàöèè) íåñóùåé. Èíäåêñ ìîäóëÿöèè Ì = ∆ω/ Ω. Äåòåêòîð – íà îñíîâå LC-êîíòóðà. Äîáðîòíîñòü êîíòóðà íà ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòå Q = ωðåçL/R, ãäå R – èìïåäàíñ êîíòóðà. Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ïî óðîâíþ –3 äÁ (0,707): ∆f–3äÁ = ωðåç/Q. Èçìåðèòåëü À×Õ è Ô×Õ (Bode Plotter) – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé èçìåðèòåëü À×Õ è Ô×Õ. Îñöèëëîãðàô – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé äâóõëó÷åâîé îñöèëëîãðàô.  äàííîé ðàáîòå ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ïàðàìåòðû ðàçâåðòêè è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ òàê, ÷òîáû íà åãî ýêðàíå ðåãèñòðèðîâàëîñü îò 1 äî 2 ïåðèîäîâ ñèãíàëà áåç îãðàíè÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå. 2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß
1. Ïåðåä âûïîëíåíèåì ðàáîòû ïîäãîòîâèòü ïðîåêò îò÷åòà î ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò ñ óêàçàíèåì íàèìåíîâàíèÿ ðàáîòû, íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ, Ô.È.Î. ñòóäåíòà, íîìåð ãðóïïû è äàòû âûïîëíåíèÿ ðàáîòû;
46
– ëèñòû äëÿ êîïèðîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñõåì, ðåãèñòðàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ðàñ÷åòíûõ äàííûõ è âûâîäîâ. Âàðèàíò çàäàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïðè ïîäãîòîâêå ïðîåêòà îò÷åòà èñïîëüçîâàòü ôîðìó èç ôàéëà otchet.doc. 2.  ïðîãðàììå Multisim ñîçäàòü ìîäåëü äëÿ èññëåäîâàíèÿ ÷àñòîòíîãî äåòåêòîðà â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 2.
XSC1
XBP1 in
G A
B
out
T
R1 30kohm
XFG1 L1 620uH
V1 5V 1000Hz 100Hz FM
C1 1.0nF R2 51ohm
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ÷àñòîòíîãî äåòåêòîðà
3. Óñòàíîâèòü ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà ×Ì-ñèãíàëà V1 â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 1. 4. Óñòàíîâèòü L1, C1, R2 â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 2. 5. Ïðåäñòàâèòü ñîáðàííóþ ìîäåëü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 47
Òàáëèöà 1 Âàðèàíòû çàäàíèé ïàðàìåòðîâ èñòî÷íèêà ×Ì-ñèãíàëà V1 Íîìåð âàðèàíòà
Àìïëèòóäà (Voltage Amplitude), Â
1
6
Èíäåêñ ×àñòîòà ìîäóëÿöèè Íåñóùàÿ ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè (Signal Frequency), (Carrier Frequency) (Modulation Index) êÃö Fc, êÃö
200
4
10
2
8
250
5
10
3
7
400
5
10
4
11
540
6
10
5
9
300
5
10
6
10
240
8
10
7
12
480
6
10
8
15
450
6
10
9
14
140
7
10
10
16
250
5
10
Òàáëèöà 2 Âàðèàíòû çàäàíèé L1, C1, R2 Íîìåð âàðèàíòà
L1 , ìêÃí
C1 , íÔ
R2, Îì
1
300
3,6
12
2
620
1,0
51
3
62
2,0
3
4
30
2,2
1
5
300
1,3
27
6
620
1,2
47
7
62
1,5
2
8
150
1,0
6,2
9
150
5,1
1,5
10
62
47
1
6. Íàæàòèåì ïðàâîé êíîïêè ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè âûçâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âêëàäêó è óñòàíîâèòü öâåò âñåõ êîìïîíåíòîâ ìîäåëè – êðàñíûé. Êîïèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ìîäåëè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 48
Îïðåäåëåíèå À×Õ êîíòóðà L1C1 7. Ùåëêíóòü ëåâîé êíîïêîé ìûøè ïî èçîáðàæåíèþ èçìåðèòåëÿ À×Õ è Ô×Õ (XBP1) è íà ïîÿâèâøåìñÿ èíòåðôåéñå ïðèáîðà óñòàíîâèòü ïî ãîðèçîíòàëüíîé îñè ðàçâåðòêè ëèíåéíûé ðåæèì è íåîáõîäèìûé ÷àñòîòíûé äèàïàçîí: Horizontal Lin F = Fc+100 êÃö I = Fc – 100 êÃö ãäå Fc – çíà÷åíèå íåñóùåé ÷àñòîòû çàäàííîãî âàðèàíòà èç òàáë. 1. 8. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü À×Õ êîíòóðà, óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ F è I íà âåðòèêàëüíîé îñè ðàçâåðòêè èçìåðèòåëÿ À×Õ è Ô×Õ. 9. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü. 10. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. Ðàñïîëîæèòü îêíî ãðàôèêà â íèæíåì ëåâîì óãëó ìîíèòîðà òàêèì îáðàçîì,÷òîáû èçîáðàæåíèå ñõåìû ìîäåëè áûëî äîñòóïíî. 11. Êîïèðîâàòü ãðàôèê À×Õ â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 12. Óäàëèòü ãåíåðàòîð XFG1 èç ìîäåëè (âûäåëèâ åãî ùåë÷êîì ëåâîé êíîïêè ìûøè, íàæàòü êíîïêó Delete íà êëàâèàòóðå.) Îïðåäåëåíèå äåâèàöèè íåñóùåé ÷àñòîòû ×Ì-ñèãíàëà 13. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ×Ì-ñèãíàë íà âõîäå À îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 14. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 15. Èçìåðèòü ìèíèìàëüíûé è ìàêñèìàëüíûé ïåðèîäû ñèãíàëà ñ ïîìîùüþ âèçèðîâ îñöèëëîãðàôà. Çàïèñàòü ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ â ñîîòâåòñòâóþùóþ òàáëèöó îò÷åòà. 16. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 17. Êîïèðîâàòü ãðàôèê îñöèëëîãðàììû â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 49
Èçó÷åíèå ïðîöåññà äåòåêòèðîâàíèÿ ×Ì-ñèãíàëà 18. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC). 19. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 20. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 21. Êîïèðîâàòü ãðàôèê îñöèëëîãðàìì â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Îïðåäåëåíèå êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è ×Ì-äåòåêòîðà 22. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ÀÌ-ñèãíàë íà âõîäå  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC). 23. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 24. Èçìåðèòü ìèíèìàëüíóþ è ìàêñèìàëüíóþ àìïëèòóäû ñèãíàëà ñ ïîìîùüþ âèçèðîâ îñöèëëîãðàôà. Çàïèñàòü ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ â ñîîòâåòñòâóþùóþ òàáëèöó îò÷åòà. 25. Ïðåäñòàâèòü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 26. Çàêðûòü îêíî ïðîãðàììû Multisim áåç ñîõðàíåíèÿ èçìåíåíèé â ôàéëå Circuit 1. 27. Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå äàííûå, ïîäãîòîâèòü îò÷åò â ðåäàêòîðå Word, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò; – öåëü ðàáîòû; – ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èññëåäîâàíèÿ ÷àñòîòíîãî äåòåêòîðà; – ãðàôèêè À×Õ è îñöèëëîãðàìì; – ðàñ÷åòû äåâèàöèè íåñóùåé ÷àñòîòû, êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è äåòåêòîðà è êðóòèçíû ðàáî÷åé ÷àñòè À×Õ ðåçîíàíñíîãî êîíòóðà; – âûâîäû. 28. Ñîõðàíèòü îò÷åò â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå, ïðèìåíÿÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïóòü Ôàéë (File)–Ñîõðàíèòü êàê (Save as). Èìÿ ñîõðàíÿåìîãî ôàéëà äîëæíî ñîäåðæàòü íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ. Íàïðèìåð: otchet7-2. 29. Ïðåäñòàâèòü îò÷åò ê çàùèòå ïðåïîäàâàòåëþ. 3. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ
1.  êàêèõ óñòðîéñòâàõ èñïîëüçóþòñÿ ÷àñòîòíûå äåòåêòîðû (×Ä) ?
50
2. Êàêîé îñíîâíîé àëãîðèòì ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëîâ èñïîëüçóåòñÿ ïðè ïîñòðîåíèè ÷àñòîòíûõ äåòåêòîðîâ? 3. Îïðåäåëåíèå ÷àñòîòíîé ìîäóëÿöèè. 4. Îïðåäåëåíèå èíäåêñà ìîäóëÿöèè è äåâèàöèè ÷àñòîòû. 5. Êàê îïðåäåëèòü ïðàêòè÷åñêóþ øèðèíó ñïåêòðà ×Ì-ñèãíàëà ? 6. Íàðèñóéòå ñõåìó äåòåêòîðà ñ ðàññòðîåííûìè êîíòóðàìè è îáúÿñíèòå ïðèíöèï åå ðàáîòû. 7. Íàïèøèòå àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå õàðàêòåðèñòèêè äåòåêòèðîâàíèÿ ×Ä ñ ðàññòðîåííûìè êîíòóðàìè, íàðèñóéòå è îáúÿñíèòå åå ôîðìó. 8. Ïðîâåäèòå ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ÷àñòîòíûõ äåòåêòîðîâ ðàçëè÷íûõ òèïîâ. Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè / Ïîä ðåä. ïðîô. Ä. Ä. Êëîâñêîãî. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1998. Ñ. 96–102. 2. Áàñêàêîâ Ñ. È. Ðàäèîòåõíè÷åñêèå öåïè è ñèãíàëû. Ì.: Âûñø. øê., 2000. Ñ. 299–300.
51
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 8 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÔÀÇÎÂÎÃÎ ÄÅÒÅÊÒÎÐÀ Öåëü ðàáîòû: èññëåäîâàíèå ðàáîòû ôàçîâîãî äåòåêòîðà. 1. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÑÕÅÌÛ
Äåòåêòîð Ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ
Äèîäíûé ìîñò
ÔÍ×
Èíòåãðàòîð
Îñöèëëîãðàô
Ãåíåðàòîð îïîðíîãî ñèãíàëà
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ôàçîâîãî äåòåêòîðà
Ãåíåðàòîð ñèãíàëîâ – ñîçäàåò ñèãíàë ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû ñ çàäàííûì ñäâèãîì ïî ôàçå. Ãåíåðàòîð îïîðíîãî ñèãíàëà – ñîçäàåò îïîðíûå ñèãíàëû ñèíóñîèäàëüíîé èëè ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Äèîäíûé ìîñò – íà îñíîâå äèîäîâ òèïà 1N4148, ñîåäèíåííûõ ïî áàëàíñíîé ñõåìå. ÔÍ× – ôèëüòð íèæíèõ ÷àñòîò 1-ãî ïîðÿäêà íà RC-öåïè. ×àñòîòà ñðåçà ÔÍ× ïî óðîâíþ –3äÁ:
fñð =
1 . 2πRC
Èíòåãðàòîð – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé èíòåãðàòîð. Îñöèëëîãðàô – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé äâóõëó÷åâîé îñöèëëîãðàô.  äàííîé ðàáîòå ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ïàðàìåòðû ðàçâåðòêè è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ òàê, ÷òîáû íà åãî ýêðàíå ðåãèñòðèðîâàëîñü îò 1 äî 2 ïåðèîäîâ ñèãíàëà áåç îãðàíè÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå. 2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß
1. Ïåðåä âûïîëíåíèåì ðàáîòû ïîäãîòîâèòü ïðîåêò îò÷åòà î ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ:
52
– òèòóëüíûé ëèñò ñ óêàçàíèåì íàèìåíîâàíèÿ ðàáîòû, íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ, Ô.È.Î. ñòóäåíòà, íîìåð ãðóïïû è äàòû âûïîëíåíèÿ ðàáîòû; – ëèñòû äëÿ êîïèðîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñõåì, ðåãèñòðàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ðàñ÷åòíûõ äàííûõ è âûâîäîâ. Âàðèàíò çàäàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïðè ïîäãîòîâêå ïðîåêòà îò÷åòà èñïîëüçîâàòü ôîðìó èç ôàéëà otchet.doc. 2.  ïðîãðàììå Multisim ñîçäàòü ìîäåëü äëÿ èññëåäîâàíèÿ ÷àñòîòíîãî äåòåêòîðà â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 2. 3. Óñòàíîâèòü ïàðàìåòðû ãåíåðàòîðîâ ñèãíàëîâ V1 è V2 â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì è òàáë. 1. Òàáëèöà 1 Âàðèàíòû çàäàíèé ïàðàìåòðîâ ãåíåðàòîðîâ ñèãíàëîâ V1 è V2 Íîìåð âàðèàíòà
Àìïëèòóäà V1 (Voltage Amplitude), Â
×àñòîòà V1 (Frequency), êÃö
Àìïëèòóäà V2 (Voltage Amplitude), Â
×àñòîòà V2 (Frequency), êÃö
1
0,5
100
0,5
10
2
0,6
100
0,6
10
3
0,7
100
0,7
10
4
0,8
100
0,8
10
5
0,9
100
0,9
10
6
1
100
1
10
7
1,1
100
1,1
10
8
1,2
100
1,2
10
9
1,3
100
1,3
10
10
1,4
100
1,4
10
4. Óñòàíîâèòü êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è Gain (K) èíòåãðàòîðà A1 ðàâíûì 100 V/V. 5. Ïðåäñòàâèòü ñîáðàííóþ ìîäåëü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 6. Íàæàòèåì ïðàâîé êíîïêè ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè âûçâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âêëàäêó è óñòàíîâèòü öâåò âñåõ êîìïîíåíòîâ ìîäåëè – êðàñíûé. Êîïèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ìîäåëè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 53
54 D3 1.1kohm R4 510ohm
R5
A
C1 1.0uF
B
G T
R6 1.1kohm
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ôàçîâîãî äåòåêòîðà
47ohm
1N4148
1N4148 R3
D4
V2 1N4148 1V 1000Hz 0Deg
47ohm
R2
D2
R1 1N4148 510ohm
D1
V1 1V 1000Hz 0Deg
XSC1
1V/V
A1
Îïðåäåëåíèå õàðàêòåðèñòèêè ÔÄ ïðè îïîðíîì ñèãíàëå ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû 7. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). 8. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü ïîñëå îêîí÷àíèÿ ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà íà êîíäåíñàòîðå Ñ1 (äëÿ ðàçíîñòè ôàç èñòî÷íèêîâ V1 è V2, ðàâíîé 0, íà âûõîäå èíòåãðàòîðà ñèãíàë äîëæåí îòñóòñòâîâàòü). 9. Èçìåðèòü çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå èíòåãðàòîðà ñ ïîìîùüþ âèçèðà îñöèëëîãðàôà. Çàíåñòè åãî â ñîîòâåòñòâóþùóþ òàáëèöó îò÷åòà. 10. Ïîâòîðèòü èçìåðåíèÿ ïî ïï. 7–9 äëÿ ñëåäóþùèõ çíà÷åíèé ñäâèãà ïî ôàçå (Phase) èñòî÷íèêà V1: 5; 10; 15; 20; 30; 45; 60; 90°. 11. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. Ðàñïîëîæèòü îêíî ãðàôèêà â íèæíåì ëåâîì óãëó ìîíèòîðà òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû èçîáðàæåíèå ñõåìû ìîäåëè áûëî äîñòóïíî. 12. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè îñöèëëîãðàìì äëÿ ñäâèãà ïî ôàçå 90° â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Îïðåäåëåíèå õàðàêòåðèñòèêè ÔÄ ïðè îïîðíîì ñèãíàëå ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû (ìåàíäð) 13. Çàìåíèòü èñòî÷íèê ñèãíàëà ñèíóñîèäàëüíîé ôîðìû V2 íà èñòî÷íèê ïðÿìîóãîëüíûõ èìïóëüñîâ òèïà ìåàíäð (Clock Source), ñîáëþäàÿ óñòàíîâëåííóþ ðàíåå ïîëÿðíîñòü íàïðÿæåíèÿ. 14. Óñòàíîâèòü ÷àñòîòó (Frequency) èñòî÷íèêà èìïóëüñîâ ðàâíîé 10 êÃö, à àìïëèòóäó (Amplitude) 0,6 Â. 15. Óñòàíîâèòü ñäâèã ïî ôàçå èñòî÷íèêà V1 ðàâíûì 0. 16. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC). 17. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü ïîñëå îêîí÷àíèÿ ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà íà êîíäåíñàòîðå Ñ1 (äëÿ ðàçíîñòè ôàç èñòî÷íèêîâ V1 è V2, ðàâíîé 0, íà âûõîäå èíòåãðàòîðà ñèãíàë äîëæåí îòñóòñòâîâàòü). 18. Çàôèêñèðîâàòü çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå èíòåãðàòîðà â ñîîòâåòñòâóþùóþ òàáëèöó îò÷åòà. 19. Ïîâòîðèòü èçìåðåíèÿ ïî ïï. 16–18 äëÿ ñëåäóþùèõ çíà÷åíèé ñäâèãà ïî ôàçå (Phase) èñòî÷íèêà V1: 5; 10; 15; 20; 30; 45; 60; 90°. 20. Ïðåäñòàâèòü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 55
21. Çàêðûòü îêíî ïðîãðàììû Multisim áåç ñîõðàíåíèÿ èçìåíåíèé â ôàéëå Circuit 1. 22. Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå äàííûå, ïîäãîòîâèòü îò÷åò â ðåäàêòîðå Word, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò; – öåëü ðàáîòû; – ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èññëåäîâàíèÿ ôàçîâîãî äåòåêòîðà; – ãðàôèêè îñöèëëîãðàìì äëÿ ∆ϕ = 90°; – ãðàôèêè õàðàêòåðèñòèê ôàçîâîãî äåòåêòîðà äëÿ äâóõ âèäîâ îïîðíîãî ñèãíàëà â äèàïàçîíå ñäâèãà ïî ôàçå –90 ... +90° (îòðèöàòåëüíàÿ âåòâü õàðàêòåðèñòèêè ïîâòîðÿåò ïîëîæèòåëüíóþ ñî çíàêîì ìèíóñ); – ðàñ÷åò ÷àñòîòû ñðåçà ÔÍ×; – âûâîäû. 23. Ñîõðàíèòü îò÷åò â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå, ïðèìåíÿÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïóòü Ôàéë (File)–Ñîõðàíèòü êàê (Save as). Èìÿ ñîõðàíÿåìîãî ôàéëà äîëæíî ñîäåðæàòü íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ. Íàïðèìåð: otchet8-2. 24. Ïðåäñòàâèòü îò÷åò ê çàùèòå ïðåïîäàâàòåëþ. 3. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ
1.  êàêèõ óñòðîéñòâàõ èñïîëüçóþòñÿ ôàçîâûå äåòåêòîðû ôàçîâîãî äåòåêòîðà? 2. Îïðåäåëåíèå ÷àñòîòíîé ìîäóëÿöèè. 3. Êàê îïðåäåëèòü ïðàêòè÷åñêóþ øèðèíó ñïåêòðà ÔÌ-ñèãíàëà? 4. Íàðèñóéòå ñõåìó ÔÄ. Êàêîé âèä èìååò åãî õàðàêòåðèñòèêà äåòåêòèðîâàíèÿ? 5. Êàêèì îáðàçîì ìîæíî ñ ïîìîùüþ ÷àñòîòíîãî ìîäóëÿòîðà ïîëó÷èòü ÔÌ-ñèãíàë? Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Òåîðèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñâÿçè / Ïîä ðåä. ïðîô. Ä. Ä. Êëîâñêîãî. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1998. Ñ. 96–102. 2. Áàñêàêîâ Ñ. È. Ðàäèîòåõíè÷åñêèå öåïè è ñèãíàëû. Ì.: Âûñø. øê., 2000. Ñ. 298–299.
Ñïðàâî÷íûå äàííûå î äèîäå ñèãíàëüíîì òèïà 1N4148: Uîáð.ìàêñ = 75 B; Iîáð = 5 ìêÀ; Uïð = 0,6 B; Iïð = 10 ìÀ; tâîññò.Rîáð = = 4 íñ; C = 1,3 ïÔ.
56
Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 9 ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÀÍÀËÎÃÎ-ÖÈÔÐÎÂÎÃÎ ÏÐÅÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈß ÑÈÃÍÀËÎÂ Öåëü ðàáîòû: èññëåäîâàíèå àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëîâ. 1. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÑÕÅÌÛ
Ôóíêöèîíàëü íûé ãåíåðàòîð Ãåíåðàòîð ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà
ÀÖÏ ñ èñòî÷íèêàìè îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ
ÖÀÏ Îñöèëëîãðàô Ëîãè÷åñêèé àíàëèçàòîð
Ãåíåðàòîð èìïóëüñîâ ñèíõðîíèçàöèè
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññà àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëîâ
Ôóíêöèîíàëüíûé ãåíåðàòîð – ñîçäàåò ãàðìîíè÷åñêèé ñèãíàë, à òàêæå ñèãíàëû òðåóãîëüíîé è ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. Ãåíåðàòîð ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà – ñîçäàåò ñòîõàñòè÷åñêèé ñèãíàë. Îñíîâàí íà èñòî÷íèêå ïîëèíîìèàëüíîãî ñèãíàëà, â êîòîðîì ìîäåëèðóåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå ÀÌ, ×Ì è ãàðìîíè÷åñêîãî êîëåáàíèé. Ãåíåðàòîð èìïóëüñîâ ñèíõðîíèçàöèè – ñîçäàåò èìïóëüñû ñèíõðîíèçàöèè äëÿ óïðàâëåíèÿ ÀÖÏ. ÀÖÏ (àíàëîãî-öèôðîâîé ïðåîáðàçîâàòåëü) – ïðèìåíÿåòñÿ 8-ðàçðÿäíûé àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëü ïðîãðàììû Multisim. ÖÀÏ (öèôðî-àíàëîãîâûé ïðåîáðàçîâàòåëü) – ïðèìåíÿåòñÿ 8-ðàçðÿäíûé öèôðî-àíàëîãîâûé ïðåîáðàçîâàòåëü ïðîãðàììû Multisim. Ëîãè÷åñêèé àíàëèçàòîð – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé 8-ðàçðÿäíûé ëîãè÷åñêèé àíàëèçàòîð. Îñöèëëîãðàô – ïðèìåíÿåòñÿ âèðòóàëüíûé äâóõëó÷åâîé îñöèëëîãðàô.  äàííîé ðàáîòå ðåêîìåíäóåòñÿ óñòàíàâëèâàòü ïàðàìåòðû ðàçâåðòêè è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ òàê, ÷òîáû íà åãî ýêðàíå ðåãèñòðèðîâàëîñü îò 1 äî 2 ïåðèîäîâ ñèãíàëà áåç îãðàíè÷åíèÿ ïî àìïëèòóäå. 57
2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß
1. Ïåðåä âûïîëíåíèåì ðàáîòû ïîäãîòîâèòü ïðîåêò îò÷åòà î ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò ñ óêàçàíèåì íàèìåíîâàíèÿ ðàáîòû, íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ, Ô.È.Î. ñòóäåíòà, íîìåð ãðóïïû è äàòû âûïîëíåíèÿ ðàáîòû; – ëèñòû äëÿ êîïèðîâàíèÿ èçìåðèòåëüíûõ ñõåì, ðåãèñòðàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé, ðàñ÷åòíûõ äàííûõ è âûâîäîâ. Âàðèàíò çàäàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëåì. Ïðè ïîäãîòîâêå ïðîåêòà îò÷åòà èñïîëüçîâàòü ôîðìó èç ôàéëà otchet-.doc. 2.  ïðîãðàììå Multisim ñîçäàòü ìîäåëü äëÿ èññëåäîâàíèÿ àíàëîãîöèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëîâ, ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïèàëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé ñõåìîé, ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 2. 3. Óñòàíîâèòü âåëè÷èíó Voltage èñòî÷íèêîâ îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ V1, V2, ðàâíîé 3 Â. 4. Óñòàíîâèòü ïàðàìåòðû ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ ñèíõðîíèçàöèè V3 â ñîîòâåòñòâèè ñ âàðèàíòîì çàäàíèÿ, óêàçàííûì ïðåïîäàâàòåëåì òàáë. 1. Òàáëèöà 1 Âàðèàíòû çàäàíèÿ ïàðàìåòðîâ ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ ñèíõðîíèçàöèè V3 Íîìåð âàðèàíòà
×àñòîòà (Frequency), êÃö
Ñêâàæíîñòü (Duty Cycle), %
Àìïëèòóäà (Amplitude), Â
1
8
20
5
2
7
25
5
3
9
15
5
4
10
30
5
5
8
10
5
6
7
10
5
7
9
20
5
8
10
25
5
9
8
30
5
10
7
15
5
5. Óñòàíîâèòü ÷àñòîòó ôóíêöèîíàëüíîãî ãåíåðàòîðà XFG1 ðàâíîé 1000 Ãö, à àìïëèòóäó 2  â ðåæèìå ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà. 6. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà V4 ÀÌ-ñèãíàëîâ: – àìïëèòóäà VC = 0,5 Â; – íåñóùàÿ ÷àñòîòà FC = 950 Ãö; – ÷àñòîòà ìîäóëÿöèè FM = 95 Ãö. 58
59
U2
POLY U1
EOC
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
U3 V6 1 1V 1000Hz 0Deg
A3
ADC
SOC OE
V5 5V 1000Hz 100Hz
FM
A1
VREF+ VREF–
VIN
V4 1V 1000Hz 100Hz AM
1000Hz 5V
V3
12V
12V V2
Key = Space V1
J1
A2 VDAC
D0D1 D2 D3 D4D5 D6D7 + VDAC –
A
B
XSC1 G T
F C Q T
1
XLA1
Ðèñ. 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà èññëåäîâàíèÿ àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëîâ
XFG1
7. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà V5 ×Ì-ñèãíàëîâ: – àìïëèòóäà Voltage Amplitude = 0,5 Â; – íåñóùàÿ ÷àñòîòà Carrier Frequency = 1100 Ãö; – ÷àñòîòà äåâèàöèè Signal Frequency = 110 Ãö. 8. Óñòàíîâèòü ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû èñòî÷íèêà ãàðìîíè÷åñêèõ ñèãíàëîâ V6: – àìïëèòóäà Voltage Amplitude = 0,5 Â; – ÷àñòîòà Frequency = 1050 Ãö; – ôàçîâûé ñäâèã Phase = 45°. 9. Óñòàíîâèòü êîýôôèöèåíòû ïîëèíîìèàëüíîãî A3 èñòî÷íèêà F = = 1, G = 1, I = 1. 10. Ïðåäñòàâèòü ñîáðàííóþ ìîäåëü ëàáîðàíòó èëè ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 11. Íàæàòèåì ïðàâîé êíîïêè ìûøè íà ÷åðíîì ïîëå ìîäåëè âûçâàòü ñîîòâåòñòâóþùóþ âêëàäêó è óñòàíîâèòü öâåò âñåõ êîìïîíåíòîâ ìîäåëè – êðàñíûé. Êîïèðîâàòü ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ìîäåëè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ãàðìîíè÷åñêîãî ñèãíàëà 12. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ îñöèëëîãðàôà À è (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale),à òàêæå íà âõîäàõ ëîãè÷åñêîãî àíàëèçàòîðà. 13. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 14. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. Ðàñïîëîæèòü îêíî ãðàôèêà â íèæíåì ëåâîì óãëó ìîíèòîðà òàêèì îáðàçîì,÷òîáû èçîáðàæåíèå ñõåìû ìîäåëè áûëî äîñòóïíî. 15. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè ñèãíàëà òðåóãîëüíîé ôîðìû 16.Óñòàíîâèòü ôóíêöèîíàëüíûé ãåíåðàòîð XFG1 â ðåæèì ñèãíàëà òðåóãîëüíîé ôîðìû. 17. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale),à òàêæå íà âõîäàõ ëîãè÷åñêîãî àíàëèçàòîðà. 18. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 60
19. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 20. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè ñèãíàëà ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû 21. Óñòàíîâèòü ãåíåðàòîð ôóíêöèîíàëüíûé XFG1 â ðåæèì ñèãíàëà ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû. 22. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale), à òàêæå íà âõîäàõ ëîãè÷åñêîãî àíàëèçàòîðà. 23. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 24. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 25. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. Èçó÷åíèå ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà 26. Ïîäêëþ÷èòü ãåíåðàòîð ñòîõàñòè÷åñêîãî ñèãíàëà íàæàòèåì êëàâèøè Space íà êëàâèàòóðå êîìïüþòåðà. 27. Âêëþ÷èòü ìîäåëü è íàáëþäàòü ñèãíàëû íà âõîäàõ À è  îñöèëëîãðàôà 1, à òàêæå íà âõîäå À îñöèëëîãðàôà 2 (â ðåæèìå DC), óñòàíîâèâ íåîáõîäèìûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ðàçâåðòêè (Timebase) è äåëèòåëåé íàïðÿæåíèÿ (Scale). Âðåìÿ íàáëþäåíèÿ äîëæíî ñîñòàâëÿòü íå ìåíåå 2 ìèíóò. 28. Âûêëþ÷èòü ìîäåëü íåçàäîëãî äî ìîìåíòà ïîëíîãî õîäà ëó÷à îñöèëëîãðàôà. 29. Âêëþ÷èòü òðàíñïîíèðîâàíèå îñöèëëîãðàìì â ãðàôèêè MathCad ïóòåì ïîñëåäîâàòåëüíîãî íàæàòèÿ êíîïîê Transfer–Export Simulation Results to MathCad–Continue. 30. Êîïèðîâàòü ãðàôèêè â ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë îò÷åòà. 31. Ïðåäñòàâèòü ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ïðåïîäàâàòåëþ äëÿ ïðîâåðêè. 32. Çàêðûòü îêíî ïðîãðàììû Multisim áåç ñîõðàíåíèÿ èçìåíåíèé â ôàéëå Circuit 1. 33. Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå äàííûå, ïîäãîòîâèòü îò÷åò â ðåäàêòîðå Word, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ: – òèòóëüíûé ëèñò; – öåëü ðàáîòû; – ïðèíöèïèàëüíóþ ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó èññëåäîâàíèÿ àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëîâ; 61
– ãðàôèêè îñöèëëîãðàìì; – ðàñ÷åòû ìàêñèìàëüíîãî ïåðèîäà äèñêðåòèçàöèè ∆t è îòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòè ïðåîáðàçîâàíèÿ δ äëÿ êîíêðåòíîãî âàðèàíòà çàäàíèÿ ïàðàìåòðîâ ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ ñèíõðîíèçàöèè V3; – âûâîäû. 34. Ñîõðàíèòü îò÷åò â ïåðñîíàëüíîé ïàïêå, ïðèìåíÿÿ èñêëþ÷èòåëüíî ïóòü Ôàéë (File)–Ñîõðàíèòü êàê (Save as). Èìÿ ñîõðàíÿåìîãî ôàéëà äîëæíî ñîäåðæàòü íîìåð âàðèàíòà çàäàíèÿ. Íàïðèìåð: otchet9-5. 35. Ïðåäñòàâèòü îò÷åò ê çàùèòå ïðåïîäàâàòåëþ. 3. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÛÅ ÂÎÏÐÎÑÛ
1. Îïðåäåëåíèå àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ. 2. ×òî òàêîå øàã äèñêðåòèçàöèè? 3. Îïðåäåëåíèå ïðîöåññà êâàíòîâàíèÿ. 4. ×åì ðàçëè÷àþòñÿ ñëåäÿùèé è ïåðèîäè÷åñêèé ðåæèìû êâàíòîâàíèÿ? 5. Ïîÿñíèòå îòëè÷èÿ ïîñëåäîâàòåëüíûõ, ïàðàëëåëüíûõ è ïîñëåäîâàòåëüíî-ïàðàëëåëüíûõ ÀÖÏ. 6. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ÀÖÏ. 7. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ÀÖÏ ïðÿìîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, â êàêèõ óñòðîéñòâàõ åãî öåëåñîîáðàçíî èñïîëüçîâàòü. 8. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ èíòåãðàëüíîãî òàéìåðà. 9. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ÀÖÏ ñ îïîðíûìè èñòî÷íèêàìè òîêà. Ðåêîìåíäóåìàÿ ëèòåðàòóðà 1. Êàðëàùóê Â. È. Ýëåêòðîííàÿ ëàáîðàòîðèÿ íà IBM PC.Ïðîãðàììà Electronics Workbench è åå ïðèìåíåíèå. Ì.: Ñîëîí-Ð, 2003. Ñ. 375–386, 678–683. 2. Óéàíäåð Ñ. Ñïðàâî÷íèê ïî òåõíîëîãèÿì è ñðåäñòâàì ñâÿçè. Ì.: Ìèð, 2000. Ñ. 191–197.
62
Ñîäåðæàíèå Ïîðÿäîê ðàáîòû â ëàáîðàòîðèè ............................................... Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 1 ...................................................... Èññëåäîâàíèå ïðîöåññà äèñêðåòèçàöèè è êâàíòîâàíèÿ ñèãíàëîâ ..................................................................... Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 2 ...................................................... Èññëåäîâàíèå ñèãíàëîâ è èõ ñïåêòðîâ ............................... Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 3 ...................................................... Èññëåäîâàíèå ñòàöèîíàðíûõ ñëó÷àéíûõ ïðîöåññîâ ............. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 4 ...................................................... Èññëåäîâàíèå óñèëèòåëÿ ñèãíàëîâ â ëèíåéíîì è íåëèíåéíîì ðåæèìàõ .................................................. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 5 ...................................................... Èññëåäîâàíèå àìïëèòóäíîãî ìîäóëÿòîðà .......................... Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 6 ...................................................... Èññëåäîâàíèå àìïëèòóäíîãî äåòåêòîðà ............................. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 7 ...................................................... Èññëåäîâàíèå ÷àñòîòíîãî äåòåêòîðà ................................. Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 8 ...................................................... Èññëåäîâàíèå ôàçîâîãî äåòåêòîðà .................................... Ëàáîðàòîðíàÿ ðàáîòà ¹ 9 ...................................................... Èññëåäîâàíèå àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëîâ .
3 5 5 12 12 20 20 28 28 35 35 41 41 46 46 52 52 57 57
63