Метода Р.5А. Метода Р. Методические указания к лабораторной работе Р. 5А анализ спектра и измерение параметров модуляции и нелинейных искажений сигналов для студентов радиотехнических
 Скачать 0.79 Mb.
|
Измерение нелинейных искаженийПод нелинейными искажениями понимается любое изменение формы сигнала, обусловленное нелинейностью тракта передачи. Номенклатура параметров, применяемых для количественной оценки нелинейных искажений, достаточно обширна. Однако на практике наиболее часто для оценки нелинейных искажений сигналов используют коэффициент гармоник (  ), который характеризует отношение среднеквадратического значения напряжения возникающих гармонических составляющих к среднеквадратическому значению напряжения основной частоты (2).Значение может изменяться в пределах от ноля до бесконечности, что с практической точки зренияудобно. Поэтому на практике для оценки нелинейных искажений пользуются видоизмененным коэффициентом гармоник   , представляющим собой отношение среднеквадратического значения напряжения высших гармонических составляющих к среднеквадратическому значению искаженного сигнала (3) , Значения изменяются уже в диапазоне от 0 до 1. Практически во всех серийно выпускаемых измерительных нелинейных искажений сигналов реализуется так называемый метод подавления основной частота. Он заключается в раздельном измерении среднеквадратического значения напряжения искаженного сигнала и среднеквадратического значения напряжения высших гармоник (без первой) этого же сигнала, т.е. реализуется измерение . Упрощенная схема измерителя, реализующего этот метод, приведена на рисунке 2.  Рисунок 2Измерению предшествует режим калибровки измерителя, в результате которой показания вольтметра, соответствующие среднеквадратическому значению искаженного сигнала, устанавливаются равными условной единице (100 %). Тогда при подавлении сигнала основной частоты с помощью режекторного (заграждающего) фильтра измеренное среднеквадратическое значение высших гармоник будет пропорциональным .Основными источниками погрешностей измерения коэффициента гармоник являются характеристики вольтметра, а также неточность настройки режекторного фильтра на частоту основной гармоники и компенсации ослабления высших гармоник. Более подробно вопросы измерения нелинейных искажений сигналов освещены в литературе [1-4]. Измерение параметров модуляцииАмплитудно-модулированный сигнал за период модуляции Т имеет максимальное  и минимальное  значения амплитуды колебания (соответственно есть максимальное и минимальное значения огибающей сигнала). Величины  и  , соответственно равны (4) (5)где  – среднее за период Т значение амплитуды модулирующего сигнала и называются коэффициентом модуляции "ВВЕРХ" () и коэффициентом модуляции "ВНИЗ" (). В частном случае модуляции гармоническим сигналом (6)При частотной модуляции изменению подвергается несущая частота сигнала. В случае модуляции гармоническим сигналом имеем  (7)где  – максимальное отклонение частоты модулированного сигнала от среднего значения  , соответствующее амплитуде модулирующего сигнала  .Переходя к круговой частоте, получим  (8)Величина  называется девиацией частоты. Отношение  называется индексом частотной модуляции.По своей, структуре (рисунок 3) измеритель модуляции представляет собой измерительный приемник c преобразованием несущей частоты входного сигнала в промежуточную. В основе работы таких измерителей лежит осуществляемый на промежуточной частоте метод демодуляции сигнала, в процессе которой выделяется сигнал, соответствующий закону модуляции. Демодуляция (в зависимости от вида сигнала) производится с помощью амплитудных или частотных (фазовых) детекторов. Основными требованиями к детектору, определяемыми задачей качественной демодуляции сигнала, являются линейность его характеристики и малый уровень шумов. Демодулятор АМ сигнала, кроме основной функции, выполняет обычно еще функцию первичного преобразователя в системе автоматической стабилизации среднего уровня несущего сигнала , что значительно упрощает процесс измерения коэффициента модуляции.Действительно, в процессе детектирования модулированного сигнала двумя детекторами (входящими в состав демодулятора) выделяются постоянная и переменная или составляющие огибающей. Постоянная составляющая используется для стабилизации уровня несущего сигнала, а переменная составляющая (огибающая) подвергается дальнейшей обработке, которая заключается в ее фильтрации и измерении пикового значения положительной и отрицательной полуволн огибающей.  Рисунок 3Поскольку в процессе демодуляции производилась автоматическая стабилизация уровня несущего сигнала, измеренное положительное, и отрицательное пиковые значения сигнала огибающей представляются с помощью масштабного преобразователя непосредственно в единицах коэффициентов модуляции , или  .В качестве частотных детекторов наиболее часто используется импульсные детекторы, отличающиеся высокой линейностью преобразования. В основе работы детектора лежит принцип преобразования ЧМ сигнала в последовательность видеоимпульсов со строго заданными амплитудой и длительностью, частота следования которых соответствует закону модуляции. Таким образом, ЧМ сигнал преобразуется в сигнал с частотно- импульсной модуляцией. Из полученного импульсного сигнала после амплитудного детектирования выделяются постоянная и переменная составляющие. Первая из них используется в качестве сигнала обратной связи в системе настройки на промежуточную частоту (ПЧ). Переменная составляющая (огибающая) фильтруется и поступает в тракт ПЧ для обработки и определения девиации частоты, которая полностью аналогичны случаю измерения коэффициента амплитудной модуляции. 3 ПРИБОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВыпоЛНЕНИИ РАБОТЫ 3.1 Анализатор спектра СК4-58. 3.2 Измеритель нелинейных искажений С6-5. 3.3 Измеритель модуляции СКЗ-43. 3.4 Генератор сигналов высокочастотный Г4-107. 3.5 Осциллограф электронный С1-68. 4 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ Лабораторные макеты М1 и М2 представляют собой источники следуемых сигналов, используемых при измерении коэффициента гармоник и параметров спектра. В состав макетов входят один задающий генератор импульсных сигналов прямоугольной формы с изменяющейся частотой повторения импульсов (для наблюдения спектрограмм и измерения параметров спектра сигналов), и набор полосовых фильтров различной добротности для выделения первой гармоники импульсных сигналов. Изменение частоты повторения и длительности импульсных сигналов, а также полосы пропускания полосовых фильтров осуществляется с помощью переключателя ВАРИАНТ. Упрощенная схема макетов М1 и М2 представлена на рисунке 4, а вид их лицевых панелей – на рисунке 5. 5 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ 5.1 По рекомендуемой литературе детально изучить методы измерения параметров амплитудно- и частотно-модулированных сигналов, нелинейных искажений и анализа спектра сигналов. 5.2 По приложениям настоящих методических указаний изучить устройство, принцип действия и работу приборов СК4-58, СКЗ-43, С6-5 и Г4-Т07, применяемых при выполнении лабораторной работы, а также методику проведения измерений с его помощью и оценки погрешностей полученных результатов. 5.3 Сделать заготовку отчета (одну на бригаду) по лабораторной работе в соответствии с требованиями настоящих методических указаний (раздел 8).   Рисунок 4 Рисунок 55.4 Ответить на контрольные вопросы. 5.5 Решить задачу. Условие. Гармонический сигнал частотой 1 МГц и амплитудой был промоделирован синусоидальным сигналом, значения частоты  и амплитуды которого приведены в таблице 1. Определить коэффициент амплитудной модуляции, девиацию частоты и индекс частотной модуляции, если известно, что частота выходного сигнала частотного модулятора определяется следующей функциональной зависимостью  кГц, где – амплитуда модулирующего сигнала, В; – частота модулирующего сигнала, кГц. Значения величины Им для каждого варианта приведены в таблице 1Таблица 1
6 ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ 6.1 Провести анализ спектра сигналов и измерение их спектральных характеристик. 6.2 Провести наблюдение спектра сигналов на выходе исследуемых устройств и измерить их нелинейные искажения. 6.3 Провести измерение параметров амплитудно- и частотно-модулированных сигналов. 7 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 7.1 Выполнить измерения в соответствии с 6.1 лабораторного задания. Измерения проводить в следующей последовательности. 7.1.1 Подготовить к проведению измерений аппликатор спектра СК4– 58 согласно А.4 приложения А. 7.1.2 Переключателем ВАРИАНТ макета, М1 установить номер варианта в соответствии с номером бригады согласно таблице 2. 7.1.3 Руководствуясь методикой, изложенной в А.4 приложения А, на экране ЭЛТ анализатора спектра СК4-58 спектрограмму исследуемого сигнала. Осциллограмму исследуемого сигнала получить, на экране осциллографа С1-78. 7.1.4 Руководствуясь методикой, изложенной в А.4.2 приложения А, провести измерение частоты основной гармоники и разности частот  между первыми боковыми спектральными составляющими анализируемых сигналов, номера которых указаны в таблице 3 и выбираются переключателем НОМЕР ТОЧКИ макета М1. Результаты измерений занести в таблицу 4. Вид исследуемых сигналов и их спектрограммы привести в отчете по лабораторной работе.Примечание – Допускается измерение ширины основного лепестка спектрограммы вместо измерения разности верхней  и нижней  частот спектра.Таблица 2
Таблица 3
7.1.5 Провести измерение относительных уровней отдельных спектральных составляющих по отношению к уровню основной гармоники анализируемого сигнала. Для этого: – регулировкой ослабления плавного аттенюатора НОМИНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ ЛОГ установить амплитуду основной гармоники анализируемого сигнала, равную восьми делениям масштабной сетки ЭЛТ; – регулировкой ослабления ступенчатого "ОСЛАБЛЕНИЕ dB" и плавного НОМИНАЛЬНОЙ УРОВЕНЬ ЛОГ аттенюаторов добиться увеличения амплитуды выбранной спектральной составляющей до восьми делений масштабной сетки ЗЛТ. Показания шкалы аттенюаторов в первом и втором случае завеститаблицу 4. Определить относительный уровень спектральных составляющих анализируемого сигнала по показаниям плавного и ступенчатого аттенюаторов. Примечание – Допускается измерение уровней первых боковых лепестков спектрограммы по отношению к основному лепестку вместо измерения уровней отдельных спектральных составляющих. Таблица 4
– частота основной гармоники спектра сигнала;– ширина спектра (разность частот между первыми боковыми составляющими спектра сигнала); – уровень верхней боковой составляющей по отношению к основной; – уровень нижней боковой составляющей по отношению к основной.7.1.6 Пользуясь техническими характеристиками анализатора спектра СК4–58, определить инструментальные погрешности измерения амплитуды и частотных параметров спектров сигналов. Результаты расчетов занести в таблицу 4. 7.2 Выполнить измерения в соответствии с 6.2 лабораторного задания. Измерения проводить в следующей последовательности. 7.2.1 Подготовить к проведению измерений прибор согласно Б.4 приложение Б. 7.2.2 Переключателем ВАРИАНТ макета М2 установить номер варианта в соответствии с номером бригады согласно таблице 2. 7.2.3 Руководствуясь методикой изложенной в Б.5 приложения Б измерить коэффициент нелинейных искажений сигналов для четырех положений переключателя НОМЕР ТОЧКИ макета М2. Результат измерений занести в таблицу 5. 7.2.4 Пользуясь техническими характеристиками прибора С6-5. определить инструментальные погрешности измерения коэффициентов нелинейных искажений сигналов. Результаты расчетов занести в таблицу 5. 7.3 Заполнить измерения в соответствии с п.6.3 лабораторного задания. Измерения проводить в следующей последовательности. 7.3.1 Подготовить к проведению измерений измеритель модуляции СКЗ-43 и высокочастотный генератор сигналов Г4-107 согласно Б.4 приложения Б. 7.3.2 Генератор Г4-107 установить в режим внутренней амплитудной модуляции, а прибор СКЗ-43 – в режим измерения амплитудной модуляции. Установить органы управления генератора Г4-107 в положения, соответствующие первой частотной точке (таблица 6). Таблица 5
7.3.3 Руководствуясь методикой, изложенной в Г.5 приложения Гнастоящих методических указаний, измерить коэффициент амплитудной модуляции исследуемого сигнала. 7.3.4 Перевести генератор Г4-107 в режим внутренней частотной модуляции, а прибор СКЗ-43 – в режим измерения девиации частоты. Установить органы управления генератора Г4-107 в положения, соответствующие первой частотной точке (таблица 6). 7.3.5 Руководствуясь методикой Г.5 приложения Г настоящих методических указаний, измерить девиацию частоты частотно-модулированного сигнала. 7.3.6 Повторить измерения коэффициента амплитудной модуляции и девиации частоты для остальных частотных точек, указанных в таблице 6. Результаты намерений занести в таблицу 7. Таблица 6
Таблица 7
7.3.7 На основании результатов измерений девиации частоты рассчитать значение индекса частотной модуляций. Результаты расчетов занести в таблицу 7. 7.3.8 Пользуясь техническими характеристиками измерителя модуляции СКЗ-43, определить инструментальные погрешности измерения коэффициентов амплитудной модуляции и девиации частоты. Рассчитать, пользуясь выражением (9), погрешность измерения индекса частотной модуляции как погрешность косвенного измерения. Результаты расчетов занести в таблицу 7.  , (9)где  – погрешность измерения девиации частоты; – погрешность установки частоты модулируемого сигнала по шкале генератора Г 4-107.7.3.8 Используя формулы для определения абсолютной и относительной погрешностей измерения, определить погрешность градуировки шкалы переключателя глубины амплитудной модуляции генератора Г4-107, считая показания прибора СКЗ-43 действительными значениями коэффициента амплитудной модуляции. Результаты расчетов занести в таблицу 7. 8 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет но лабораторной работе оформляется на стандартных листах бумаги. Структурные схемы приборов, использованных при выполнении работы, вычерчиваются с необходимыми обозначениями и пояснениями. Результаты измерений и вычислений сводятся в таблицы, которые должны соответствовать приведенным в методических указаниях. Текст отчета должен содержать условие и ход решения задачи, приведенной в 5.5 настоящих методических указаний, а также всю информацию о проделанной работе и выводы по результатам выполнения каждого пункта лабораторного задания. Сведения об используемых измерительных приборах должны быть оформлены по форме, приведенной в таблице 8. Таблица 8
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, дБ
+ кГц