Лаб. практикум РПУ. Практикум по дисциплинам Устройства приема и обработки радиосигналов в спрс иРадиоприемные устройства
Скачать 0.52 Mb.
|
Лабораторная работа №6 ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО ДЕТЕКТОРА Цель работы Ознакомление с принципами построения и характеристики амплитудных детекторов (АД) и исследование основных характеристик амплитудного детектора лабораторного макета приемника. Основные разделы дисциплины, изучаемые перед выполнением работы 1. Принципы работы, схемы и основные характеристики АД. 2. Квазилинейная теория детектирования. Система [YД] – параметров детектора. 3. Характеристики детектора в режиме слабых и сильных сигналов. 4. Линейные и нелинейные искажения в амплитудных детекторах. Способы уменьшения искажений. Содержание работы 1. Ознакомится с принципиальной схемой АД и особенностями его работы. 2. Исследовать работу АД с помощью двухканального осциллографа в режиме сильных и слабых сигналов. 3. Снять детекторные характеристики АД. Описание лабораторного макета Рис.7. Структурная схема лабораторной установки для исследования амплитудного детектора Исследуемый АД (см. прил. рис.П1) реализован по схеме коллекторного детектора на транзисторе VT12, входящем в микросхему DA2 типа 237ХА2. Элементы R34 и C15 образуют однозвенный ФНЧ с частотой среза приблизительно 5 кГц, подавляющий высокочастотные составляющие напряжения на выходе детектора. С выхода детектора низкочастотный сигнал через эмиттерный повторитель на транзисторе VT13 поступает на индикатор уровня (VT14, R38, R39, VD2). Параллельно это же напряжение через дополнительный ФНЧ (R37, C16) подается на регулятор громкости УЗЧ (R41, R42), и только переменная составляющая этого напряжения через конденсатор С17 – на разъем Х9 (КТ6). Структурная схема лабораторной установки для исследования Ад приведена на рис. 7. Входной сигнал от генератора (Г) через контрольный модуль U2 подается на вход тракта ПЧ (разъем КТ4 макета). Усиленный в тракте ПЧ сигнал поступает на АД. Для измерения напряжения сигнала на входе АД служит вольтметр (В1), подключаемый к разъему КТ5. Переменную составляющую высокочастотного напряжения измеряет вольтметр (В2), подключенный к разъему КТ6. Для контроля формы сигнала на входе и выходе АД служит двухканальный осциллограф (Осц). Его первый канал, используемый для наблюдения формы входного сигнала, подключается к разъему КТ5’. Второй канал, служащий для наблюдения формы высокочастотного сигнала, подключается к разъему КТ6. Порядок выполнения работы 1. Изучить принципиальную схему АД. Подключить измерительные приборы, включить питание приборов и макета. Выключить систему АРУ и гетеродин макета. 2. Исследовать работу амплитудного детектора с помощью двухканального осциллографа в режиме сильных и слабых сигналов. 2.1. Зарисовать осциллограммы напряжений на входе и выходе АД в режиме сильных сигналов. Для этого подать на вход тракта ПЧ сигнал с частотой приблизительно 465 кГц и уровнем 1 мВ. Подстроить частоту генератора по максимуму высокочастотного напряжения на входе АД. Включить режим внутренней модуляции генератора, установить глубину модуляции m=50%. Установить напряжение сигнала на входе АД Uвх=250 мВ (устанавливается с помощью вольтметра В1). Добиться устойчивого одновременного изображения на экране осциллографа сигналов на входе и выходе АД. Убедиться, что тракт ПЧ не создает искажения огибающей высокочастотного сигнала. Убедиться в отсутствии искажений высокочастотного сигнала. Зарисовать осциллограммы входного и выходного сигналов. 2.2. Измерить коэффициент передачи детектора в режиме сильных сигналов. Выключив модуляцию сигнала, установить амплитуду несущего колебания на входе АД Um0 вх=350 мВ. (Значение Um0 вх оценивается с помощью осциллографа). Включить режим внутренней модуляции генератора, установить глубину модуляции m=50%. По осциллограмме входного сигнала убедиться в том, что его глубина модуляции действительно составляет 50%. По осциллограмме высокочастотного напряжения определить его амплитуду (Um w). Рассчитать коэффициент передачи детектора Кд w = Um w / mUm0 вх. 2.3. Зарисовать осциллограммы напряжений на входе и выходе АД в режиме слабых сигналов. Для этого уменьшить напряжение сигнала на входе АД до Uвх = 20 мВ, сохранив режим внутренней модуляции генератора с m=50%. Убедиться в наличии искажений высокочастотного сигнал. Обратить внимание на характер искажений. Зарисовать осциллограммы. 2.4. Измерить коэффициент передачи детектора в режиме слабых сигналов. Для этого установить с помощью осциллографа амплитуду несущего колебания на входе АД Um0 вх=25 мВ. Произвести наблюдение входного и выходного сигналов и убедиться в наличии искажений высокочастотного сигнала. Зарисовать осциллограммы. Приближенно измерив с помощью осциллографа амплитуду высокочастотного сигнала, рассчитать значение Кд. Сравнить значения коэффициента передачи детектора в режиме сильных и слабых сигналов. 3. Снять детекторные характеристики АД. 3.1. Снять зависимость выходного напряжения от глубины модуляции входного сигнала в режиме сильных сигналов. Для этого подать на вход АД амплитудно-модулированный сигнал напряжением U0 вх = 250 мВ (устанавливается с помощью вольтметра В1). Изменяя глубину модуляции входного сигнала от 0 до 90%, измерять с помощью вольтметра В2 значения переменной составляющей высокочастотного напряжения (Uвых w). Результаты эксперимента оформить в виде таблицы. Построить график зависимости Uвых w от m. Рассчитать значения коэффициента передачи Кд w = Uвых w / mU0 вх. И построить график зависимости Кд w от m. 3.2. Снять зависимость выходного напряжения от глубины модуляции входного сигнала в режиме слабых сигналов. Для этого повторить измерения по п.3.1 пир U0 вх=20 мВ. 3.3. Снять детекторную характеристику – зависимость высокочастотного выходного напряжения от уровня напряжения несущего колебания при постоянной глубине модуляции входного сигнала. Для этого, установив m=50%, фиксировать значения Uвых w при изменении U0 вх от 5 мВ до значения, соответствующего появлению искажений огибающей высокочастотного сигнала на входе АД. Результаты эксперимента оформить в виде таблицы. Для каждого значения U0 вх , при котором производились измерения, рассчитать значение Кд w. Построить графики зависимостей Uвых w ,Кдw от U0 вх . На графиках отметить области, соответствующие режимам сильного и слабого сигналов. Лабораторная работа №7 ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ АРУ Цель работы Изучение принципов построения систем автоматической регуляции усиления (АРУ) приемников, экспериментальные исследования инерционной системы АРУ лабораторного макета приемника. Основные разделы дисциплины, изучаемые перед выполнением работы 1. Назначение, принцип действия и классификация систем АРУ. 2. Эффективность системы АРУ и способы ее повышения. 3. Выбор постоянной времени фильтра системы АРУ. Содержание работы 1. Ознакомиться с принципиальной схемой и особенностями работы системы АРУ исследуемого приемника. 2. Определить максимальное значение коэффициента усиления высокочастотного тракта при выключенной системе АРУ. 3. Снять и построить амплитудно-амплитудные характеристики тракта с включенной и выключенной системой АРУ. 4. Рассчитать и построить зависимость коэффициента усиления высокочастотного тракта от уровня входного сигнала. Оценить эффективность действия АРУ. 5. Исследовать влияние системы АРУ на динамический диапазон приемника. Описание лабораторного макета Лабораторный макет КТ1 Г ВЦ УРЧ ПрЧ ПФ УПЧ Д ДАРУ АРУ УПТ ФНЧ 9В Выкл Вкл КТ5 КТ6 ОСЦ В Рис.8. Структурная схема лабораторной установки для исследования системы АРУ приемника Система АРУ исследуемого приемника включает регулируемый каскад УРЧ на транзисторе VT1, усиление которого изменяется при изменении напряжения питания (см. прил. рис.П1), детектор АРУ, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока. Детектор АРУ выполнен по схеме коллекторного детектора на транзисторе VT15. Сигнал на вход детектора АРУ поступает с выхода УПЧ. В коллекторной цепи детектора включена цепочка R62, С32, образующая фильтр нижних частот с постоянной времени tф=0.15 c. Этот фильтр обеспечивает подавление на выходе детектора составляющих с частотами модуляции Fм ≥ 1/tф=7 Гц. Для лучшего подавления сигнала промежуточной частоты служит конденсатор С31. В результате на выходе детектора АРУ присутствует только медленно изменяющееся напряжение, вызванное изменением среднего уровня полезного сигнала. Каскад на включенном по схеме с общим коллектором транзисторе VT16 является усилителем постоянного тока системы АРУ. Напряжение с его выхода через переключатель S1 (в положении АРУ – Вкл.) подается на каскад УРЧ на транзисторе VT1. При увеличении напряжения на выходе УПЧ происходит увеличение постоянной составляющей тока через транзистор VT15, уменьшение напряжения на базе VT16, уменьшение напряжения на его эмиттере и, следовательно, напряжения питания VT1. В результате коэффициент усиления УРЧ и всего высокочастотного тракта приемника снижается. Переключатель S1 (в положении АРУ – Выкл.) позволяет подать на каскад УРЧ фиксированное напряжение 9 В и тем самым выключить систему АРУ. Структурная схема лабораторной установки (рис.8), помимо исследуемого макета, включает генератор сигнала (Г), милливольтметр (В) и осциллограф (Осц). В процессе выполнения работы уровень сигнала на входе тракта устанавливается калибровочным аттенюатором генератора, а напряжение на выходе тракта ПЧ измеряется милливольтметром. Осциллограф используется для визуального наблюдения искажений огибающей АМ-сигнала на разъеме КТ5 или высокочастотного сигнала на разъеме КТ6. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с принципиальной схемой и особенностями работы системы АРУ исследуемого приемника. Перечертить схему системы АРУ, а именно детектор АРУ, фильтр нижних частот, УПТ, каскад УРЧ с регулируемым усилением. Тракт между входом ПрЧ и выходом УПЧ изобразить в виде функциональных блоков. 2. Подготовить установку к работе. Для этого соединить элементы установки в соответствии со структурной схемой (рис.8). Выключить систему АРУ. На вход макета от генератора подать немодулированный сигнал с частотой приблизительно 960 кГц и уровнем ЕА=20 мкВ. Настроить приемник по максимуму показаний вольтметра на выходе УПЧ. 3. Определить максимальное значение коэффициента усиления высокочастотного тракта Кмах как отношение выходного напряжения Uвых (на разъеме КТ5) к ЕА. Измерение Кмах проводится при включенной системе АРУ и малом уровне входного сигнала (ЕА=20мкВ). 4. Снять и построить амплитудно-амплитудную характеристику (зависимость Uвых от ЕА) тракта с выключенной системой АРУ. Изменяя ЕА от 1 мкВ до 100 мВ с шагом 10 дБ, т.е увеличивая в 3.16 раза), фиксировать значения Uвых. Значения ЕА и Uвых пересчитать в децибелы относительно 1 вольта (U[дБВ]=20*lg(U[B])). Построить график экспериментально стнятой зависимости Uвых[дБВ] от ЕА[дБВ]. Рассчитать и построить зависимость коэффициента усиления высокочастотного тракта (в децибелах) от ЕА[дБВ]. Коэффициент усиления рассчитывается как К[дБ] = Uвых[дБВ] - ЕА[дБВ]. 5. Включить систему АРУ, повторить эксперимент и построить графики аналогично п.4. Провести оценку эффективности системы АРУ. Для этого определить изменение уровня выходного сигнала (в децибелах) при увеличении входного на 50 дБ относительно ЕА=-80 дБВ. 6. Исследовать влияние системы АРУ на динамический диапазон приемника. Для этого определить значения входных уровней, начиная с которых возникают искажения АМ-сигнала. К выходу УПЧ подключить осциллограф, от генератора подать АМ-сигнал с глубиной модуляции 50%. Для приемника с включенной и выключенной системой АРУ определить максимальные значения входного уровня ЕА мах, при которых еще незаметны на глаз искажения огибающей выходного сигнала. Отметить значения ЕА мах на графиках амплитудных характеристик. Оценить увеличение динамического диапазона тракта при использовании системы АРУ. Лабораторная работа №8 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ МНОГОСИГНАЛЬНОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ РАДИОПРИЕМНИКА Цель работы Ознакомление с понятием и характеристиками многосигнальной (реальной) избирательности радиоприемника и исследование эффектов блокирования, перекрестной модуляции и интермодуляции в лабораторном макете приемника. Основные разделы дисциплины, изучаемые перед выполнением работы 1. Методы и критерии оценки многосигнальной избирательности. 2. Сущность эффектов интермодуляции, блокирования, перекрестной модуляции и их влияние на качество приема. 3. Зависимость нелинейных эффектов в усилительных каскадах от режима работы активного элемента, уровней сигнала и помех. 4. Способы уменьшения нелинейных искажений и улучшения многосигнальной избирательности. Содержание работы 1. Измерить коэффициент усиления высокочастотного тракта при отсутствии и наличии внеканальной радиопомехи. 2. Исследовать эффект блокирования полезного сигнала при различных уровнях и частотах помехи. 3. Исследовать эффект перекрестной модуляции. 4. Прослушать, как появляются эффекты блокирования и перекрестной модуляции при слуховом приеме. 5. Исследовать эффект интермодуляции 2-го порядка. 6. Исследовать эффект интермодуляции 3-го порядка. Описание лабораторного макета Г1 КТ1 Лабораторный макет Д Сум. высокочастотный. тракт Г2 КТ1’ КТ5 КТ5’º В Осц Рис.9. Структурная схема лабораторной установки для исследования эффектов многосигнальной избирательности в приемнике На вход приемника через сумматор (Сум.) подаются колебания от двух высокочастотных генераторов (Г1) и (Г2). При исследовании эффектов блокирования и перекрестной модуляции Г1 является источником полезного сигнала, а Г2 – источником помехи. При исследовании интермодуляционных эффектов генераторы являются источниками помех с различными частотами. На выходе высокочастотного тракта приемника (разъемы КТ5 и КТ5’) включаются милливольтметр (В) и осциллограф (Осц). Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться со структурной схемой лабораторной установки (рис.9). Присоединить измерительные приборы. Включить питание приборов и макета приемника. 2. Измерить коэффициент усиления высокочастотного тракта в отсутствии помехи. Для этого при выключенном генераторе Г2 подать от генератора Г1 немодулированный сигнал с уровнем ЕА с=20 мкВ и частотой ( с) равной резонансной частоте входной цепи (см. результаты работы 2). Изменяя частоту гетеродина, настроить приемник на эту частоту по максимуму напряжения на выходе высокочастотного тракта. Измерить Uвых с и рассчитать К0=Uвых с/ЕА с. 3. Исследовать эффект блокирования. 3.1. Снять зависимость напряжения сигнала на выходе высокочастотного тракта от уровня помехи на входе приемника. Подать от генератора Г2 немодулированную помеху с частотой ( п) на 50-100 кГц выше или ниже частоты сигнала. Изменяя уровень помехи на входе приемника (ЕА п) от 0 до 500 мВ при постоянном ЕАс=20 мкВ, снять зависимость Uвых с от ЕА п. Результаты эксперимента оформить в виде таблицы и графика. По результатам эксперимента для каждого из значений ЕА п рассчитать значение коэффициента усиления высокочастотного тракта при наличии помехи на входе К0=Uвых с/ЕА с. Затем для каждого из значений К0 п рассчитать значение коэффициента блокирования Кбл=|K0 п – К0| /K0. Результаты расчетов занести в таблицу. Построить график зависимости Кбл от ЕА п. 3.2. Исследовать зависимость коэффициента блокирования от частоты помехи. Для этого снять зависимость Uвых с от п при постоянных значениях ЕА с=20 мкВ и ЕА п=300 мВ. Частоту п изменять в пределах п= с±D при изменении D от 30 кГц до 400 кГц. Помеху на частотах дополнительных каналов приема подавать нельзя, поэтому следует рассчитать частоты дополнительных каналов приема к (см. работу 5). Результаты эксперимента оформить в виде таблицы и графика. Аналогично п.3.1 рассчитать и построить зависимость коэффициента блокирования от частоты помехи. 4. Исследовать эффект перекрестной модуляции. 4.1. Включить осциллограф. От генератора Г1 подать немодулированный сигнал с уровнем ЕА с =20 мкВ, от генератора Г2 – помеху с частотой на 50-100 кГц выше или ниже частоты сигнала и уровнем ЕА п приблизительно 20 мВ. 4.2. Включить амплитудную модуляцию помехи и установить ее глубину mn=60%. Увеличивая уровень помехи на входе, наблюдать на осциллографе появление модуляции сигнала. Измеряя глубину перекрестной модуляции (mпер) по изображению на экране осциллографа, снять зависимость mпер от уровня помехи ЕА п при постоянной глубине модуляции помехи mn. Построить график зависимости mпер от ЕА п. 4.3. Снять зависимость глубины перекрестной модуляции mпер от глубины модуляции помехи mn при постоянном уровне помехи ЕАп= 200 мВ на входе. Построить график зависимости mпер от mn. 5. Прослушать, включив громкоговоритель, как проявляются эффекты блокирования и перекрестной модуляции при слуховом приеме. Включить помеху и включить модуляцию полезного сигнала. Установить глубину модуляции сигнала mc=30-60%. Прослушать сигнал на выходе при отсутствии помехи. Включить немодулированную помеху и прослушать как при увеличении уровня помехи уменьшается (блокируется) сигнал на выходе. Выключить модуляцию сигнала и включить модуляцию помехи (mn=60%). Увеличивая уровень помехи, прослушать появление перекрестной модуляции. Включить модуляцию сигнала и помехи. Прослушать как АМ помеха нарушает прием полезного сигнала. 6. Исследовать эффект интермодуляции 2-го порядка. 6.1. Выбрать частоты помех п1 и п2 так, чтобы образующийся продукт интермодуляции 2-го порядка, совпадал с частотой настройки приемника ( 0), т.е. чтобы выполнялось условие им 1,1 = | п1± п2| = 0. При этом необходимо удостовериться, что колебания помех с частотами п1 и п2 ослабляются трактом ПЧ более чем на 60 дБ (см.результаты работы 4; практически это выполняется, если п отстоит от частоты настройки на 15…20 кГц). Кроме того, частоты п1 и п2 не должны совпадать с частотами какого-либо дополнительного канала приема, которые следовало рассчитать при выполнении п.3.2. Подать от генераторов Г1 и Г2 колебания с частотами п1 и п2. Уровень каждого из них установить равным ЕА п1 = ЕА п2 =ЕА п =10мВ. Подстроить частоту одного из генераторов по максимуму выходного напряжения. Выключая поочередно генераторы Г1 и Г2, убедиться каждый раз в пропадании на выходе продукта интермодуляции. 6.2. Измерить уровень продукта интермодуляции 2-го порядка на выходе тракта ПЧ (Uвых 1,1) и вычислить соответствующее значение коэффициента интермодуляции 2-го порядка Ким 1,1 = Uвых 1,1/(ЕА п * К0), Где К0 - значение коэффициента передачи, определенное в п.2. 6.3. Исследовать зависимость уровня продукта интермодуляции Uвых 1,1 от уровня напряжений помех на входе. Зафиксировать Uвых 1,1 при исходных значениях ЕА п1 = ЕА п2 =10мВ. Затем провести измерения при : -увеличении ЕА п1 в 2 раза и при исходном значеии ЕА п2; -увеличении ЕА п2 в 2 раза и при исходном значеии ЕА п1; -при одновременном увеличении ЕА п1 и ЕА п2 в 2 раза. Рассчитать во сколько раз в каждом случае возрастает Uвых 1,1 по сравнению с исходным значением. Сравнить увеличение Uвых 1,1 с теоретически предполагаемым. 7. Исследовать эффект интермодуляции 3-го порядка. 7.1. Выбрать частоты помех п1 и п2 так, чтобы образующийся продукт интермодуляции 2-го порядка, совпадал с частотой настройки приемника ( 0), т.е. чтобы выполнялось условие им 1,1=| п1± п2|= = 0. Ограничения на выбор п1и п2 такие же, что и в п.6.1. Подать от генераторов Г1 и Г2 колебания с частотами п1 и п2. Уровень каждого из них установить равным ЕА п1 = ЕА п2 =ЕА п =2мВ. Подстроить частоту одного из генераторов по максимуму выходного напряжения. Выключая поочередно генераторы Г1 и Г2, убедиться каждый раз в пропадании на выходе продукта интемодуляции. 7.2. Измерить уровень продукта интермодуляции 3-го порядка на выходе тракта ПЧ (Uвых 2,1) и вычислить соответствующее значение коэффициента интермодуляции 2-го порядка Ким 2,1 = Uвых 2,1/(ЕА п * К0). 7.3. Исследовать зависимость уровня продукта интермодуляции от уровня напряжений помех на входе. Зафиксировать Uвых 2,1 при исходных значениях ЕА п1 = ЕА п2 =2мВ. Затем провести измерения при : -увеличении ЕА п1 в 2 раза и при исходном значеии ЕА п2; -увеличении ЕА п2 в 2 раза и при исходном значеии ЕА п1; -при одновременном увеличении ЕА п1 и ЕА п2 в 2 раза. Рассчитать во сколько раз в каждом случае возрастает Uвых 2,1 по сравнению с исходным значением. Сравнить увеличение Uвых 2,1 с теоретически предполагаемым. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Румянцев К.Б. Прием и обработка сигналов: Учеб. пособие для вузов/ К.Е.Румянцев.- М.: Изд. Центр «Академия», 2004.-528 с. 2. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Н.Н.Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Головин и др.; Под. ред. Н.Н.Фомина.- М.: Радио и связь, 2003. 3. Румянцев К.Б. Прием и обработка сигналов: сборник задач и упражнений: Учеб. пособие для вузов / К.Е.Румянцев.- М.: Изд. Центр «Академия», 2006. 4.Сухопутная подвижная радиосвязь. Под ред. Семенихина В.С., Пышкина И.М. - М.: Радио и связь, 1990. 5. Туляков Ю.М. Системы персонального радиовызова. – М: Радио и связь, 1988. 6. Радиоприемные устройства. Под ред. Проф. А.П.Жуковского – М: Высшая школа, 1989. 7. Радиоприемные устройства: Методические указания/ Сургутский гос. ун-т; Сост.: Кузнецов М.А., Сенина Р.С.– Сургут, 1998. -43с. Составитель: ГУЛИН Артур Игоревич КУЗНЕЦОВ Игорь Васильевич СУХИНЕЦ Жанна Артуровна ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА И ЕГО ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМпо дисциплинам «Устройства приема и обработки радиосигналов в СПРС» и «Радиоприемные устройства»Компьютерная верстка: Лобов Д.Е. Подписано к печати 28.12.2007.Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 2,8. Усл. кр.-отт. 2,8. Уч.-изд. л. 2,7. Тираж 150 экз. Заказ № ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии УГАТУ 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12 |