Н. Э. Баумана Факультет Радиоэлектроника и лазерная техника Кафедра Радиоэлектронные системы и устройства В. А. Ефремов, Е. К. Кузьмина, Я. В. Мыкольников Методические указания
 Скачать 2.41 Mb.
|
|
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Факультет «Радиоэлектроника и лазерная техника» Кафедра «Радиоэлектронные системы и устройства» В.А. Ефремов, Е.К. Кузьмина, Я.В. Мыкольников Методические указания к лабораторным работам по курсу "Устройства приема и преобразования сигналов" Электронное учебное издание Москва (С) 2012 МГТУ им. Н.Э. БАУМАНА УДК 621.397.62(075) Рецензент: доцент каф. физики, Фетисов Игорь Николаевич Ефремов В.А., Кузьмина Е.К., Мыкольников Я.В. Методические указания к лабораторным работам по курсу "Устройства приема и преобразования сигналов". Электронное учебное издание. - М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2012. 28 с. Рассмотрены структурные схемы, принцип работы и характеристики радиовещательных супергетеродинных приемников. Изложены методы измерения их основных радиотехнических характеристик. Рассмотрены основные виды автоматических регулировок радиоприемников, приведены методики измерения параметров этих систем. Для студентов 4-го курса МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Радиоэлектронные системы». Рекомендовано учебно-методической комиссией факультета «Радиоэлектроника и лазерная техника» МГТУ им. Н.Э. Баумана Электронное учебное издание Ефремов Владимир Александрович Кузьмина Елена Константиновна Мыкольников Яков Владимирович Методические указания к лабораторным работам по курсу "Устройства приема и преобразования сигналов". © 2012 МГТУ имени Н.Э. Баумана Работа I. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩИХ СВОЙСТВ СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО ЧМ-ПРИЕМНИКА Цель работы - ознакомление с особенностями схемы супергетеродинного радиовещательного ЧМ-приемника и с методами измерения его основных характеристик. Описание лабораторной установки На данной лабораторной установке выполняются следующие работы: исследование общих свойств супергетеродинного радиовещательного ЧМ-приемника на основе лабораторного макета; исследование системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) ЧМ-приемника; исследование характеристик схемы автоматической регулировки усиления (АРУ) супергетеродинного АМ-приемника. В состав лабораторной установки входят: 1) макет супергетеродинного радиовещательного ЧМ-приемника, приспособленного для выполнения необходимых измерений; 2) отдельная плата, обеспечивающая режим приема АМ-сигнала при исследовании АРУ (плата АРУ); 3) генератор сигналов высокочастотный АНР-2150; универсальный вольтметр типа АВМ-4306; частотометр АНР-1012; лабораторный источник питания АТН-3231. Осциллограф TDS 1002B. Описание макета ЧМ-приемника Лабораторный макет представляет собой вариант супергетеродинного радиовещательного приемника, предназначенного для приема ЧМ-сигналов. В настоящее время такой приемник может быть выполнен: на единой аналоговой ИМС с внешними избирательными цепями, реализующей все необходимые функции приемника: усиление, избирательность и демодуляцию принимаемого сигнала, и обеспечивающей требуемые технические характеристики приемника; по смешанной схеме, соединяющей ИМС, которая выполняет большую часть функций приемника, с отдельными каскадами на транзисторах (как правило, УВЧ и преобразователь частоты); на основе аналого-цифровой схемы с оцифровкой сигнала после УВЧ или УПЧ. Радиовещательный приемник ЧМ-сигнала, реализованный в лабораторном макете, должен обладать следующими техническими характеристиками: 1. Диапазон принимаемых частот………………………………………..88….108 МГц 2. Промежуточная частота ЧМ тракта…………………………………...10,70,1 МГц 3. Чувствительность по входу для внешней антенны при отношении сигнал/шум 20 дБ при выходной мощности 50 мВт …………….……. 2…5 мкВ 4. Избирательность по соседней станции при расстройке ….150 кГц……....40 дБ 5. Ослабление зеркального канала не менее…………………………………… 60 дБ 6. Выходная номинальная мощность на сопротивлении нагрузки 10 Ом…….. 0,05 Вт 7. Напряжение питания……………………………………………………..+(12…15) В. Для удобства проведения лабораторных исследований макет приемника выполнен по смешанной схеме, представляющей собой сочетание многофункциональной интегральной схемы (ИМС DBL1018 - Daewoo, LA1140 - Sanyo) с рядом дискретных элементов и модулей. Высокие избирательность, чувствительность и усиление приемника обеспечиваются выбором супергетеродинной схемы. Функциональная схема супергетеродинного ЧМ-приемника, реализованного в макете, представлена на рис.1. Входной сигнал с антенного входа поступает на преселектор приемника (входная цепь и УВЧ), осуществляющий настройку на сигнальную частоту выбранной станции и обеспечивающий необходимую избирательность по зеркальному каналу с помощью фильтров Z1 и Z2. Усиление каскада УВЧ (А1) является достаточным для обеспечения коэффициента шума приемника на уровне коэффициента шума первого каскада.  Электронная перестройка частоты выполняется совместным изменением частоты настройки фильтра УВЧ Z2 fс и частоты гетеродина G1 fг с сохранением постоянства разностной промежуточной частоты fп = fг - fc , вырабатываемой в смесителе U1 и выделяющейся сравнительно широкополосным фильтром Z3. Характеристика избирательности приемника, полоса пропускания и подавление помехи по соседним станциям обеспечивается двумя фильтрами сосредоточенной селекции ФСС (Z4 и Z5), следующими за смесителем и первым каскадом УПЧ (А2). Усилитель промежуточной частоты (каскады А2 и А3) осуществляет основное усиление в супергетеродинном приемнике и обеспечивает уровень амплитуды сигнала, достаточный для ограничения в каскаде ограничителя АО1. Демодулированный в ЧМ детекторе сигнал усиливается каскадами звуковой частоты А4 и А5 и фильтруется фильтром нижних частот Z6. УНЧ (с регулятором громкости Rрег на входе) развивает номинальную выходную мощность в динамическом громкоговорителе ВА1 или на введенном в макет его эквиваленте - сопротивлении Rн. Для питания различных каскадов схемы стабилизированное напряжение 9В поступает от источника вторичного питания, построенного по схеме линейного преобразователя постоянного напряжения. Конструкция лабораторного макета представляет собой жесткий пластмассовый корпус с прозрачной верхней панелью, закрывающей печатные платы. На одной из них смонтированы два основных субблока приемника: стандартный промышленный блок УКВ, в котором реализованы каскады Z1, A1, Z2, U1, Z3 и гетеродин G1 функциональной схемы рис.1, и серийная ИМС DBL 1018 (LA1140) , включающая каскады A3, AO1, D1, A4, Z6 функциональной схемы, а также ряд дискретных элементов, обеспечивающих работу остальных каскадов приемника. Часть платы занимает используемый в этой лабораторной работе специальный линейный измерительный усилитель ПЧ с линейным амплитудным детектором на выходе. На второй печатной плате размещены каскады АМ-приемника с исследуемой в данной работе схемой АРУ. На верхней панели корпуса имеются гнезда для подключения измерительных приборов (КТ1 - КТ4) и тумблеры для подключения цепей бесшумной настройки БШН (SA3), автоматической подстройки частоты АПЧ (SA2), эквивалента нагрузки приемника (SA4) и переключения режима ЧМ-АМ (SA5). Эти гнезда и тумблеры отмечены как на укрупненной структурной схеме приемника, также помещенной в верхней части лицевой панели макета, так и на приведенных ниже принципиальной схеме блока УКВ (см. рис.2), структурной схеме ИМС LA1140 (см. рис.3) и на принципиальной схеме приемника в целом (см. рис. 4). Принципиальная электрическая схема блока УКВ представлена на рис.2. При подключении макета к антенне или выходу генератора сигнала (вход РЧ) высокочастотный сигнал fс попадает на первый контур преселектора, включающий конденсаторы С2,С3,С4, индуктивность L1, перестраиваемую варикапную матрицу VD1 и согласованный со входом двухзатворного полевого транзистора УВЧ VT1. На второй затвор этого транзистора поступает регулируемое постоянное напряжение (со входа АРУ). Усиленный высокочастотный сигнал выделяется нагрузочным контуром (L2, L3, VD2) и через емкость связи С9 попадает на вход смесителя, выполненного на транзисторе VT2. На тот же вход через небольшую емкость С13 подается сигнал гетеродина, реализованного на транзисторе VT3, частота генерации которого определяется контуром L7, VD3. Через емкость связи С18 сигнал гетеродина попадает на буферный усилитель, выполненный на транзисторе VT4, и далее на выход блока УКВ. Электронная перестройка частоты происходит при изменении емкостей варикапных матриц (VD1, VD2, VD3) в контурах УВЧ и гетеродина при воздействии напряжения настройки Uнастр, формируемого потенциометром настройки, и управляющим напряжением сигнала автоматической подстройки частоты (АПЧ) (вход Uнастр и гнезда КT3). Выделяемый выходной нагрузкой смесителя (контуром С13, L5, L6) сигнал промежуточной частоты ПЧ подведен к выходу блока УКВ (выход ПЧ). ИМС LA1140 (DBL1018) (см. рис.3) представляет собой универсальный тракт ПЧ для построения радиовещательных ЧМ трактов высокого класса. Основа ИМС - шестикаскадный логарифмический УПЧ, выполненный на последовательно соединенных дифференциальных апериодических каскадах. Сигнал ПЧ подается на симметричный вход УПЧ (вводы ИМС 1 и 3). К нечетным каскадам УПЧ подключены схемы, измеряющие уровни сигнала на выходах каскадов (детекторы уровней). Их выходные уровни в свою очередь оцениваются индикатором уровня и далее используются для формирования логарифмической амплитудной характеристики УПЧ. Логарифмический УПЧ расширяет динамический диапазон принимаемых приемником сигналов. Выходной сигнал с индикатора уровня может контролироваться стрелочным индикатором, подключенным к выводу 15 ИМС. С последнего каскада УПЧ сигнал поступает на амплитудный ограничитель и далее на квадратурный частотный детектор.   В работе этого детектора используется свойство колебательного контура, подключаемого извне к выводам 11, 13 ИМС, изменять фазовый сдвиг проходящего через него сигнала вблизи частоты резонанса. Фаза входного сигнала детектора сравнивается с фазой того же сигнала, прошедшего контур, на фазовом детекторе. В рассматриваемой схеме фазосдвигающий контур для повышения добротности включен через трансформатор L2 , L1. Итоговую добротность контура, определяющую ширину дискриминаторной кривой, задает резистор R28. Дроссель L1 служит для развязки высокого реактивного сопротивления контура и малого активного выходного сопротивления ограничителя, т.е. препятствует шунтированию контура и снижению его добротности. Рабочую точку ЧМ детектора, относительно которой строится дискриминаторная характеристика, задает встроенный стабилизатор напряжения, формирующий опорное напряжение порядка 5В, присутствующее на выводе 13. Выходное напряжение ЧМ детектора поступает на усилитель-ограничитель напряжения АПЧ с выходом 7 ИМС, предназначенный для ограничения полосы удержания системы АПЧ и используемый как предварительный УНЧ в работе схемы бесшумной настройки (БШН), выходной сигнал которой подается на вывод 14. Система БШН учитывает три фактора: уровень сигнала в тракте ПЧ, наличие ПЧ с учетом выпадений сигнала в течение одного периода колебаний ПЧ, величину напряжения АПЧ, обусловленную отклонением частоты настройки приемника. Логическая схема ИЛИ в выходном каскаде БШН может при наличии лишь одного из этих факторов через выход 14 послать на управляемый УНЧ (вывод 6 ИМС) команду, запрещающую прохождение звукового сигнала или существенно уменьшающую его уровень. Звуковой сигнал для дальнейшего усиления по мощности снимается с выхода 8 ИМС. На структурной схеме ИМС представлен также блок автоматической регулировки усиления (АРУ), который по сигналу детектора уровня первого каскада УПЧ вырабатывает управляющее напряжение, подаваемое на первый каскад УВЧ (см. рис.2), предотвращающее ограничение сигнала уже на входе приемника (в лабораторном макете не реализовано).  Полная принципиальная электрическая схема всего ЧМ-приемника, представленная на рис.4, включает описанные выше блоки УКВ и ИМС и все остальные дискретные элементы схемы приемника, а также схему специального измерительного усилителя ПЧ. Высокочастотный сигнал поступает на вход приемника (вход ВЧ блока УКВ) с выхода антенны или ГСС при подключении их к 50-омному ВЧ разъему, расположенному на задней стенке макета. В блоке УКВ сигнал усиливается и преобразуется на промежуточную частоту 10,7 МГц, которая подается на выход ПЧ блока УКВ. Перестройка приемника по частоте выполняется при воздействии напряжения на входе Uнастр блока УКВ, управляющего варикапными матрицами контуров сигнала и гетеродина. Это напряжение формируется с помощью двух переменных сопротивлений (R7 и R8), связанных с расположенными на передней панели ручками грубой и точной настройки, и, при подключении цепи АПЧ (тумблер SA2), - по сигналу АПЧ, поступающему на тот же вход Uнастр. Индикатором настройки является светодиод VD4, включенный в цепь коллектора транзистора VT4. Ключ VD5 открывается напряжением индикации, поступающим с выхода 6 ИМС при превышении им некоторого порогового уровня. Сигнал ПЧ с выхода блока УКВ, как уже отмечалось при рассмотрении функциональной схемы, усиливается каскадом ПЧ на транзисторе VT1 и проходит два пьезофильтра ФСС Z1 и Z2, на входе и выходе этого каскада (рис.4), которые формируют характеристику избирательности приемника. Далее сигнал ПЧ, как видно из схемы, поступает на первый каскад усиления логарифмического усилителя ИМС (ввод 1 ИМС, ввод 3 подсоединен через конденсатор С10 к корпусу платы). На выходе ЧМ детектора ИМС получивший предварительное усиление сигнал звуковой частоты проходит на выход ИМС 8, регулируется переменным сопротивлением R42 (регулятор громкости), усиливается УНЧ на ИМС DA2 (ТА7368), с выхода которого поступает на вход динамического громкоговорителя ВА1 или переключается на его эквивалент (сопротивление RН). Выходное напряжение контролируется в гнездах КТ4. Напряжение, контролируемое в гнездах КТ2, КТ2’ (выводы 7 и 13 ИМС), позволяет просмотреть дискриминаторную характеристику частотного детектора при отключенной АПЧ (тумблер SA2). Отключение БШН в приемнике производится тумблером SA3, к которому подведен сигнал с вывода 14 ИМС. Сигнал ПЧ с выхода ФСС Z2 через согласующие сопротивления R19 и R18 и емкость С8 поступает в линейный измерительный усилитель, включающий два каскада ПЧ на транзисторах VT2 и VT3 и амплитудный параллельный линейный детектор на диоде VD3. Выходной сигнал контролируется в гнездах КТ1. Индикатор подачи питающего макет напряжения выполнен на светодиоде VD2. Методика измерений В первой лабораторной работе исследуются следующие характеристики приемника: 1) чувствительность в УКВ диапазоне; 2) частотная избирательность по соседним каналам приема; 3) подавление паразитных комбинационных помех: по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения; 4) полоса пропускания приемника по уровню - 3дБ. I. Измерение чувствительности приемника Для радиовещательных приемников реальная чувствительность определяется как ЭДС в антенне, при которой на выходе приемника развивается стандартная выходная мощность при заданном превышении сигнала над уровнем внутренних шумов. Входное сопротивление предполагается известным, согласованным с антенной или измерительным генератором и равным 50 Ом или 75 Ом. Измерения производятся при стандартной модуляции. В качестве стандартной выходной мощности для приемников с номинальной выходной мощностью более 150 мВт принимается Рст = 50 мВт. В режиме ЧМ в качестве стандартной принята модуляция частотой 1000 Гц с девиацией 15 кГц. Входное сопротивление приемника на гнездах внешней антенны равно 50 Ом, генератор имеет 50-омный выход. Последовательность выполнения работы. 1.1. Перед выполнением измерений следует рассчитать величину напряжения звуковой частоты на нагрузке приемника (входное сопротивление динамического громкоговорителя и его эквивалент принять равным 10 Ом) при величине стандартной мощности 50 мВт. 1.2. Подключить к антенному входу лабораторного макета источник сигнала - ВЧ генератор, а к выходу приемника - динамический громкоговоритель, а также - вольтметр АВМ-4306 (гнезда КТ4) в режиме измерения переменного напряжения, (предел измерений установится автоматически) или осциллограф. Подать на макет напряжение питания + 12В от лабораторного источника питания АТН-1253 или АТН-3231, строго соблюдая полярность. Переключатель режима АМ-ЧМ (SA5, рис.4) поставить в режим ЧМ. 1.3. Установить на генераторе частоту порядка 110 МГц, внутреннюю частотную модуляцию с девиацией частоты 15 кГц и уровень выходного сигнала порядка 100 мкВ. Ручкой настройки лабораторного макета при включенном на минимальной громкости громкоговорителе пройти весь диапазон частот, принимаемый приемником, и выбрать свободный от радиовещательных станций участок. Далее, ручкой настройки генератора, установить его частоту равной частоте настройки приемника по характерному звуковому сигналу частотой 1 кГц (частота внутренней модуляции генератора). Сразу же переключить выход приемника с громкоговорителя на его эквивалент. По показаниям вольтметра на выходе приемника добиться точной настройки, вращая ручку настройки частоты генератора до получения максимума показаний. Для получения более точной настройки вольтметр подключить к выходу измерительного усилителя и также добиться максимума показаний. 1.4. Ручкой "Громкость" установить на выходе приемника уровень выходного напряжения, рассчитанный в п.1.1. 1.5. Выключить модуляцию в генераторе. Вольтметр должен показывать напряжение, близкое к нулю. Можно включить громкоговоритель. Аттенюатором генератора плавно уменьшать уровень его выходного сигнала. При определенном значении должен начать увеличиваться уровень шума (фиксируется вольтметром, заметен на слух). Снижать уровень сигнала генератора следует до тех пор, пока вольтметр не покажет значение в 10 раз (на 20 дБ) меньшее, чем при включенной модуляции до регулировки уровня несущей. 1.6 Фиксировать величину выходного сигнала генератора (он же входной сигнал приемника), считав значение с лимбов аттенюатора. Полученная величина является, в соответствии с определением, искомой чувствительностью приемника. Измерение избирательности по соседней станции В этом и последующих экспериментах используется дополнительный линейный УПЧ с линейным амплитудным детектором на выходе, используемый для оценки уровней сигнала в тракте приемника до основного УПЧ, работающего с ограничением, что не дает возможности сравнивать уровни непосредственно на выходе приемника. 2.1 Подключить вольтметр в режиме измерения постоянного напряжения (предел измерений установится автоматически.) к выходу линейного амплитудного детектора. Добиться с помощью аттенюатора генератора показаний порядка 1В. Зафиксировать показания аттенюатора (удобнее в децибелах для упрощения дальнейших вычислений). 2.2. Отстроить частоту генератора от частоты настройки приемника на 150 кГц, Показания вольтметра должны уменьшиться. 2.3. Увеличивать уровень выходного сигнала генератора до тех пор, пока вольтметр не покажет прежнее значение 1В. Зафиксировать новое значение уровня. 2.4. Вычислить разницу между значениями уровней сигналов, зафиксированных в п.2.1 и в п.2.3. Полученная величина разницы показаний прибора представляет избирательность приемника в децибелах. Измерение избирательности по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения Измерения производятся аналогично методике измерения подавления помехи по соседней станции, описанной в п.2. Отличия состоят лишь в том, что отстройка частоты генератора от частоты настройки приемника (п.2.2) должна производиться до частот других паразитных каналов: при определении подавления помехи по зеркальному каналу - на величину удвоенного значения промежуточной частоты (выше или ниже частоты настройки, определяется экспериментально), до частоты fзк. При определении подавления помехи по каналу прямого прохождения помеховый сигнал должен быть подан от генератора на промежуточной частоте fп. Для быстрого обнаружения отклика в этих помеховых каналах амплитуду сигнала их на входе приемника следует сразу существенно поднять (на несколько десятков децибел). Измерение полосы пропускания приемника При измерении полосы также следует воспользоваться линейным измерительным усилителем. На частоте настройки установить сигнал на входе приемника, при котором на выходе измерительного усилителя напряжение на вольтметре составит величину 1В. Изменяя частоту генератора и фиксируя показания вольтметра от 0,7В слева от максимума до 0,7В справа от максимума, следует записать разницу показаний частоты генератора при этих значениях напряжения на выходе вольтметра. Лабораторное задание 1. Ознакомьтесь с конструкцией макета приемника, регулировками, назначением контрольных гнезд. 2. Измерьте чувствительность приемника. 3. Измерьте избирательность по соседнему каналу. 4. Измерьте ослабление помехи по зеркальному каналу для частоты настройки приемника, на которой была измерена чувствительность. 5. Измерьте ослабление помехи по каналу прямого прохождения. 6. Измерьте полосу приемника. Содержание отчета В отчете должна быть указана цель работы, приведены упрощенная функциональная схема приемника, схема подключения измерительных приборов, необходимые расчеты, результаты измерений. Контрольные вопросы В чем основные преимущества супергетеродинного приемника по сравнению с приемником прямого усиления? Из каких основных узлов состоит супергетеродинный приемник? Что называется чувствительностью радиовещательного приемника? Чем ограничивается возможность повышения чувствительности радиовещательного приемника? Почему в радиовещательном диапазоне не учитывается роль внутренних шумов приемника? Как измерить чувствительность радиовещательного приемника? Какими параметрами характеризуется избирательность супергетеродинного приемника? Каково назначение преселектора супергетеродинного приемника? Для подавления помехи по зеркальному каналу, какая промежуточная частота выгоднее - высокая или низкая? Как в супергетеродинном приемнике измерить подавление помехи по зеркальному каналу, по каналу прямого прохождения, по соседней станции? Из каких основных узлов состоит супергетеродинный приемник? Работа 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ ПРИЕМНИКА Цель.работы - исследование характеристик частотного детектора, управляющего элемента и всей системы автоматической подстройки частоты (АПЧ), применяемой в супергетеродинных приемниках. Основные характеристики системы автоматической подстройки частоты и методика их измерения Назначением системы АПЧ является сохранение приблизительного постоянства промежуточной частоты fп = fг - fс (где fг - частота гетеродина, fс - частота сигнала) и равенство ее частоте настройки тракта промежуточной частоты fпо . Уход промежуточной частоты fп от частоты настройки тракта промежуточной частоты fпо, равный fп = fпо - fп, может вызываться следующими причинами: нестабильностью частоты гетеродина fг, нестабильностью несущей частоты передатчика принимаемой станции fс, неточной первоначальной настройкой приемника fп . Подстраивающее действие АПЧ имеет место в диапазоне частот, называемом полосой удержания, если приемник уже настроен на частоту передатчика принимаемой станции. Если же приемник работает в режиме настройки (в режиме поиска), то автоподстройка частоты начинается с границы так называемой полосы захватывания, которая обычно уже полосы удержания. Функциональная схема приемника с АПЧ приведена на рис. 5. Ее основными элементами являются частотный детектор (дискриминатор) и регулятор частоты гетеродина (управляющий элемент).  Рисунок 5 На выходе частотного детектора возникает напряжение U=, пропорциональное расстройке тракта промежуточной частоты fп и соответствующее ей по знаку. В исследуемом приемнике автоматическая подстройка частоты производится в диапазоне УКВ. Регулятором частоты гетеродина служит варикапная матрица VD3 блока УКВ (рис.2). Управляющее напряжение на нее поступает с выхода ЧМ детектора, усиленное УПТ (выход 7 ИМС) и пропущенное через фильтр АПЧ R11, С1 (рис.4) при замыкании цепи АПЧ (тумблер К2 рис.4). Назначение фильтра АПЧ - не пропустить напряжение промежуточной частоты и частоты модуляции на варикапную матрицу, так как система АПЧ должна реагировать лишь на медленные изменения промежуточной частоты fп. При малой постоянной времени фильтра АПЧ возможно возникновение генерации в системе, при слишком большой возрастает инерционность регулирования. Характеристика частотного детектора имеет вид, представленный на рис. 6.  Рисунок 6 При достаточно малых расстройках U= = Sd fп, - характеристика имеет линейный участок. Чтобы детектор резко реагировал на возникающую расстройку, необходима достаточно большая крутизна начального участка его характеристики Sd. Чем больше значение Sd, (т.е. использованы более высокодобротные контуры), тем стабильнее цромежуточная частота приемника, но уже полоса захватывания. Характеристикой управляющего элемента является зависимость fг = ( Еу ), где fг - изменение частоты гетеродина под действием управляющего напряжения Еу. При малых изменениях частоты гетеродина эта характеристика имеет вид fг = - Sp Еу , где Sp - крутизна характеристики регулятора частоты. Работа системы АПЧ в целом описывается результирующей характеристикой системы АПЧ, представленной на рис.7 (верхняя часть рисунка), где fc - начальная расстройка, вызванная изменением частоты сигнала; fп = fc - fг - остаточная расстройка, уменьшенная вследствие действия системы АПЧ.  Рисунок 7 Участки между точками А1 и Б1 , а также между точками А2 и Б2 на этой характеристике неустойчивы. Если изменять расстройку fс от f = 0 в сторону положительных значений, то точка, изображающая состояние системы, будет перемещаться вправо по участку ОА1. Когда расстройка достигнет значения, соответствующего точке А1, система перейдет скачком в новое устойчивое состояние (точка Г1) и ее подстраивающее действие прекратится (fп будет стремиться к первоначальной расстройке fс). Оно восстановится в том случае, если расстройка уменьшится до значения, соответствующего точке Б1 , что вызовет скачкообразный переход регулятора в состояние, характеризуемое точкой Д1. Аналогичные явления наблюдаются при изменении расстройки fс в сторону отрицательных значений. В нижней части рисунка 7 приводится вид ожидаемых частотных характеристик тракта УПЧ (его линейного участка, до логарифмической обработки), снимаемых при подходе слева и справа к границам полосы захвата и проходе до границ полосы удержания. Область частот, лежащая между точками А1 и А2 , называется полосой удержания, а область частот между точками Б1 и Б2 - полосой захватывания системы АПЧ. В нижней части рисунка 7 в соответствии с приведенной на этом же рисунке общей характеристикой АПЧ приводится вид ожидаемых частотных характеристик тракта УПЧ (его линейного участка, до логарифмической обработки), снимаемых при подходе слева и справа к границам полосы захвата и проходе до границ полосы удержания при включенной АПЧ. Нижняя часть рисунка наглядно представляет получаемые полосу захвата и полосу удержания при совмещении снятых частотных кривых. В стационарном режиме, когда точка, изображающая состояние системы, находится на участие А1 А2 , имеет место соотношение fп = fс / (1 + Sd Sp), т.е. в стационарном режиме регулятор уменьшает первоначальную расстройку fп в Q = 1 + SdSp раз. Величина отношения начальной расстройки к остаточной Q = fc/fп называется коэффициентом подстраивающего действия АПЧ. Методика измерений В данной работе необходимо снять характеристики дискриминатора, управляющего элемента и исследовать работу АПЧ в целом, т.е. определить полосу удержания и полосу захватывания. 1. Характеристикой дискриминатора называется зависимость U= = (fп) • Снятие характеристики происходит при отключенной АПЧ (разомкнутой обратной связи в петле регулирования), при этом fс = fп, так что U= = (fc) . Рекомендуется следующий порядок измерения. 1.1. Отключается система АПЧ ( тумблер К2 ). 1.2 К выходу ЧМ детектора (гнезда КТ2, КТ2") подключается вольтметр АВМ-4306. 1 3. Частота настройки приемника устанавливается в диапазоне УКВ в области, свободной от внешних помех. 1.4. На вход приемника подается немодулированный сигнал с генератора Напряжение сигнала установить равным 50мкВ. 1.5. Снимается зависимость U==(fc). При этом частота сигнала генератора изменяется в одну сторону. График U==1(fc) содержит две ветви: одна соответствует положительным значениям fc, другая - отрицательным, где fc = fc - fcо, (1) fcо = fг - fпо. При переходе через резонансную частоту напряжение U= меняет знак. Учитывая соотношения (I), получают зависимость U= = (fc). 2. При снятии характеристики управляющего элемента fг = 1(Еу) порядок измерений следующий. 2.1. Выполняются действия, описанные в пп. 1-4 (измерение характеристики дискриминатора), 2.2. Снимается зависимость fс = (Еу). Регулирующее напряжение Еу изменяется при вращении ручки настройки приемника и измеряется в гнездах КТ3, КТ3. Изменение величины Еу перестраивает гетеродин, что при фиксированной настройке приемника на частоту fcо приводит к соответствующему изменению fп (fп = f г - fcо). Возникшая расстройка fп измеряется с помощью генератора. Для этого частоту генератора меняют до тех пор, пока fп = fc - fcо не будет равно нулю. В момент выполнения этого равенства постоянное напряжение U= на выходе ЧМ детектора равно нулю, при проходе через точку U==0 напряжение меняет знак. Фиксируют полученные значения fc и Еу . Определить момент равенства частоты настройки приемника и генератора с достаточной точностью можно и на слух, включив модуляцию и громкоговоритель. 2.3. Учитывая соотношение fг = f с + fп (где fп = 10,7 МГц) определяют зависимость fг = 1 ( Еу ). 3. Полосу удержания и полосу захватывания системы АПЧ находят по графику зависимости U = 2 ( fc ),. снятому при включенной АПЧ. 3.1 Напряжение U измеряют в гнездах КТ1 на выходе измерительного линейного УПЧ с детектором . Зависимость U = 2 ( fc ) следует снять два раза: плавно меняя частоту генератора в одном направлении от появления напряжения U до его исчезновения, и затем в обратном направлении. Срыв и захват может фиксироваться на слух. Полученные при включенной АПЧ частотные характеристики называются кажущимися частотными характеристиками. Их совместное рассмотрение позволяет определить полосу удержания и захватывания (см. рис.7). Напряжение сигнала с генератора установить равным 50 мкВ. Лабораторное задание 1. Снимите характеристику дискриминатора. 2. Снимите характеристику управляющего элемента. Определите полосу захвата и удержания. Содержание отчетаВ отчете должна быть указана цель работы, приведены экспериментально снятые кривые и рассчитанные по экспериментальным данным параметры системы АПЧ: 1) коэффициент подстраивающего действия; 2) полоса удержания; 3) полоса захвата. Контрольные вопросы 1. Как работает схема АПЧ? 2. Какие основные требования предъявляются к форме характеристики ЧМ детектора при его работе в системе АПЧ? 3. На чем основано действие управляющего элемента? , 4. Как определить полосу удержания и полосу захвата с помощью кажущихся частотных характеристик? 5. Чем объяснить кажущееся ухудшение избирательности приемника (расширение его полосы) при действии АПЧ? 6. Что такое коэффициент подстраивающего действия системы АПЧ и от чего он зависит? 7. Какое действие оказывает АПЧ при работе приемника на зеркальном канале? Работа 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ Цель работы – исследование характеристик одной из схем автоматической регулировки усиления (АРУ), применяемой в радиоприемниках. Основные характеристики, особенности схемы и методика измерений Назначением автоматического регулятора усиления является сохранение приблизительного постоянства среднего напряжения на выходе приемника при изменении входного напряжения в широких пределах и, в результате, расширение динамического диапазона приемника. Непостоянство входного напряжения может быть вызвано разными причинами, в частности, изменением расстояния между приемником и передатчиком, различными мощностями передатчиков, изменением условий радиоприема из-за замираний и т.п. Исследование АРУ проводится в режиме АМ-приема. Структурная схема приемника АМ-колебаний с АРУ приведена на рис.8, соответствующая принципиальная схема – на рис.9. Конструктивно эта схема выполнена на отдельной плате, размещенной в общем корпусе лабораторного макета.  Рисунок 8 Особенностью работы рассматриваемого приемника в режиме амплитудной модуляции является использование двойного преобразования частоты. Как видно из рис.8, сигнал второй промежуточной частоты с выхода УПЧ2 подается на амплитудные детекторы основного канала и канала АРУ. Постоянная составляющая напряжения U= , выпрямленного детектором АРУ и усиленного усилителем постоянного тока УПТ, подается через RC–фильтр на управляющие электроды активных элементов УПЧ, снижая общее усиление приемника при больших сигналах. Назначение фильтра – то же, что и в схеме АПЧ. Второй преобразователь частоты (ПЧ2) с кварцевой стабилизацией частоты второго гетеродина (с кварцевым элементом ZQ1 – см.принципиальную схему на рис.9) реализуется на ИМС DA1 (TA31136FN). На выходе ПЧ2 установлен пьезокерамический фильтр Z1 с центральной частотой 455кГц и полосой 15кГц. Усилитель второй промежуточной частоты УПЧ2 построен по схеме с распределенным усилением и включает три апериодических каскада на транзисторах VT2, VT3, VT4. На выходе УПЧ2 установлены коллекторные АМ-детекторы – для звукового сигнала (на VT5) и сигналов АРУ (на VT6 и VT7). Выходные сигналы детекторов АРУ изменяют рабочие точки каскадов УПЧ1 и УПЧ2, изменяя их усиление. Об эффективности действия системы АРУ можно судить по зависимости напряжения Uвых на выходе детектора от напряжения несущей частоты на входе приемника Uвх . При отсутствии АРУ в случае, если сигнал не перегружает приемник, амплитудная характеристика имеет вид прямой линии (характеристика А на рис.10).   Рисунок 10 При включенной АРУ по мере увеличения амплитуды входного напряжения приемника возрастает напряжение сигнала на входе детектора АРУ, а следовательно, и выпрямленное им напряжение. Постоянная составляющая этого напряжения сдвигает рабочие точки транзисторов регулируемых каскадов на участки с меньшей крутизной, понижая тем самым усиление. Поэтому, чем больше амплитуда входного сигнала, тем меньше коэффициент усиления каскадов приемника, стоящих до детектора. Амплитудная характеристика приемника при этом приобретает вид кривой Б (см. рис.10). Исследования, выполняемые в данной лабораторной работе, состоят в следующем. 1. Снимаются амплитудные Uвых = f (Uвх ) и частотные Uвых = f (  ) характеристики приемника с АРУ и без АРУ. Источником входного сигнала служит генератор АНР-2150, работающий в режиме непрерывных колебаний на частоте МГц. Выходное напряжение измеряется вольтметром АВМ-4306 в гнездах КТ4. При работе С АРУ тумблер «АРУ» необходимо поставить в положение «ВКЛ», а при работе приемника без АРУ – в положение «ВЫКЛ». 2. Исследуется реакция системы АРУ на быстрые изменения амплитуды сигнала. Для этого рассматриваются и зарисовываются осциллограммы выходного напряжения при амплитудно-модулированном сигнале на входе. Коэффициент модуляции устанавливается равным 30%,частота модуляции – 1000Гц. Осциллограммы входного напряжения снимают в гнезде КТ4 при двух значениях входного напряжения: и (соответствующих линейному и нелинейному режимам работы приемника) и при двух режимах работы: с АРУ и без АРУ ( в точках 1,2,3,4 на снятых при выполнении п.1 амплитудных характеристиках приемника (рис.11)).  Рисунок 11 Искажения модулирующего сигнала отсутствуют в точках 1,2,4. В точке 3 из-за нелинейных искажений форма модулирующего сигнала изменится. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ Снимите амплитудные характеристики приемника без АРУ и при включенной АРУ. Снимите резонансные характеристики приемника без АРУ и при включенной АРУ. Зарисуйте осциллограммы выходного напряжения при двух уровнях входного сигнала и двух режимах работы приемника (с АРУ и без АРУ). СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен включать функциональную схему приемника с АРУ, а также экспериментальные амплитудные и частотные характеристики и осциллограммы амплитудно-модулированного напряжения. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Как работает схема АРУ? 2. Как изменится вид амплитудной характеристики приемника при включении АРУ и почему? 3. Какую роль играет RC - фильтр в цепи регулирующего напряжения? 4. Из каких соображений выбирают постоянную времени фильтра в системе АРУ? 5. Как изменится вид резонансной характеристики усилителя при введении АРУ и почему? 6. Как снять истинную резонансную кривую приемника с АРУ, не выключая АРУ? 7. Объясните отсутствие искажений модулирующего сигнала в точке 4 (см. рис.11). СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Розанов Б.А. Приемники радиосистем. Конспект лекций по курсу «Радиоприемные устройства». Ч.1: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.-56 с. (эл.версия) Радиоприемные устройства: Учебник для вузов /Н.Н.Фомин, Н.Н. Буга, О.В.Головин и др.; Под ред. Н.Н.Фомина.-3-е издание, стереотип. - М.: Горячая линия – Телеком, 2007.- 520с.;ил. Крисилов Ю.Д. Автоматическая регулировка и стабилизация усиления транзисторных схем. М.: Сов.радио, 1972. 272с Головин О.В. Радиоприемные устройства: Учебник для техникумов.-М.: Горячая линия – Телеком, 2004.-384 с.: ил. СОДЕРЖАНИЕ Работа 1 . Исследование супергетеродинного приемника …………………………. 3 Работа 2. Исследование системы автоматической подстройки частоты приемника …………………………………………………………18 Работа 3. Исследование системы автоматической регулировки усиления ………...24 Список литературы……………………………………………………………………..29 |