Установка (рис. 6.6) состоит из лабораторного макета и подключенных к нему осциллографа и анализатора спектра.
Рис. 6.6
Лабораторный макет включает в себя генератор шума, набор фильтров (RC, RLC и ФНЧ с почти прямоугольной АЧХ) и коррелятор, позволяющий измерять нормированные КФ сигналов. Коррелятор реализует операцию, описываемую выражением (6.2), и его структурная схема содержит линию задержки на время , перемножитель и стрелочный прибор, выполняющий также функцию интегратора. Измерение КФ производится по точкам, для чего время задержки линии можно изменять от 0 до 9,9 мкс с шагом 0,1 мкс.
Переключатель S1 макета позволяет выбрать вид исследуемой цепи; S2 — выбрать параметры выбранной цепи (кроме ФНЧ), S3 — подключать осциллограф и анализатор спектра ко входу (положение 1) или выходу (положение 2) исследуемой цепи.
Переключатель S4 определяет род работы коррелятора. В положении  он измеряет КФ входного,  — выходного процессов.
6.3. Задание и указания к выполнению работы
1. Измерить функцию СПМ и нормированную КФ процесса, создаваемого генератором шума на входе фильтров; наблюдать форму КФ на экране осциллографа.
Для измерения функции СПМ:
а) входной кабель анализатора спектра подключить к гнезду «Анализатор спектра» макета. Включить питание макета и анализатора;
б) переключатель S3 макета поставить в положение 1;
в) на анализаторе спектра установить режим измерения спектра мощности;
г) совместить отметку нулевой частоты с началом координатной сетки экрана, а регуляторами полосы обзора и усиления установить удобное для наблюдения изображение спектра. Оно будет примерно соответствовать рис. 6.3, а. Изображение зарисовать.
Измерить ширину функции СПМ по уровню 0,5 от максимума в области положительных частот с помощью частотных меток.
Для измерения нормированной КФ:
а) произвести установку нуля измерителя КФ; для этого переключатель S4 поставить в положение «Уст.0» и ручкой «Уст.0» добиться нулевых показаний стрелочного прибора;
б) КФ входного шума измеряют, поставив переключатель S4 в положение . Перед измерением произвести нормировку КФ. Для этого переключатель «Задержка » поставить в положение «0» и ручкой «Усиление 1» установить стрелку прибора на деление «+1» (правый конец шкалы), что будет соответствовать значению  . Затем, переключая задержку с шагом 0,1 мкс, снять правую часть КФ (до уровня значений 0,1). Построить график. Определить время корреляции  по уровню 0,5. Проконтролировать выполнение соотношения  .
Для наблюдения осциллограмм КФ:
а) входной кабель осциллографа подключить к гнезду «Осциллограф» макета. Включить осциллограф. Регуляторами «Усиление Y» установить размер изображения по вертикали примерно равным половине диаметра экрана;
б) установить ждущий режим развертки осциллографа;
в) длительность развертки выбрать в пределах (2...5);
г) уровень запуска генератора развертки осциллографа выбрать так, чтобы запуск производился только достаточно большими положительными выбросами шума (рис. 6.5, а). Сравнить форму КФ и время корреляции, измеренные по осциллограмме и с помощью коррелятора.
Измерение функции СПМ, КФ и наблюдение осциллограмм в последующих пунктах задания удобно производить одновременно.
2. Измерить функцию СПМ, КФ и наблюдать осциллограммы КФ на выходе RC-фильтра RCI.
Переключить переключатель S3 макета в положение 2; S1 — в положение «RC», S2 — в положение 1.
На экране анализатора спектра появится изображение функции СПМ выходного сигнала, ширина которой значительно меньше, чем у входного, который, следовательно, можно считать белым шумом. Зарисовать форму спектра и измерить его ширину на уровне 0,5. Это удобно делать, увеличив масштаб изображения по частоте. Коэффициент передачи RC-фильтра  , поэтому вид функции СПМ подчиняется зависимости  . Точное значение эффективной ширины спектра  , а значение, измеренное на уровне 0,5:  . Значения R в омах и С в пико- либо нанофарадах (если рядом с цифрой стоит «н») приведены на рис. 6.6. Сопоставить измеренные и расчетные значения.
Измерение r() выходных процессов производят в положении «» переключателя S4. Перед измерением провести нормировку КФ, как в п. 1, но ручкой «Усиление 2». Снять r(), построить график, измерить .
Обратить внимание на изменение ширины КФ, дать этому объяснение.
Импульсная характеристика RC-фильтра, существующая при t 0, равна  . Поэтому при воздействии на вход белого шума  и = 1,4 RC.
Сопоставить измеренные и расчетные значения.
Наблюдаемые осциллограммы КФ должны представлять собой затухающую экспоненту. Зарисовать их, измерить и сопоставить с измеренными с помощью коррелятора.
Перечисленные измерения выполнить для фильтров RCII, RCIII, при этом каждый раз нормировать КФ ручкой «Усиление 2». Эти фильтры имеют относительно большие постоянные времени (RCIII>RCII > RCI). Объяснить изменения  и .
3. Измерить функцию СПМ, КФ и наблюдать осциллограммы КФ на выходе колебательного контура RLCI.
Перевести переключатель S1 макета в положение «RLC», S2 — в положение 1. На экране анализатора спектра появится изображение функции СПМ на выходе контура. Огибающая спектра должна соответствовать форме возведенной в квадрат АЧХ контура с максимумом на частоте резонанса.
Зарисовать изображение, измерить частоту максимума и эффективную ширину функции СПМ на уровне 0,5 от максимума.
Комплексный коэффициент передачи колебательного контура  , где  — резонансная частота, = 1/(2RC) — коэффициент затухания. Поэтому при воздействии на его вход белого шума вид функции СПМ на выходе должен подчиняться зависимости  . Точное значение эффективной ширины спектра  , а ширина, измеренная по уровню 0,5:  .
Сопоставить измеренные и расчетные значения. Номинальные значения Rв килоомах, Lв микрогенри и С в пикофарадах приведены на рис. 6.6.
Измерить нормированную КФ выходного процесса, предварительно произведя нормировку ручкой «Усиление 2»; построить график, измерить .
Полоса пропускания контура столь мала, что на его выход проходят компоненты входного спектра с частотами, мало отличающимися от резонансной. На выходе образуется типичный узкополосный процесс, который может быть представлен в виде синусоиды с медленно меняющимися по случайному закону амплитудой и фазой. Образование этого процесса можно также объяснить суммированием откликов контура с импульсной характеристикой, имеющей колебательный характер  , t 0, на выбросы входного шума. В данном случае  , что, в соответствии с (6.11), определяет и форму КФ выходного шума  в виде затухающей косинусоиды с периодом 2/0, подобно показанной на рис. 6.4, б.
Нормированную КФ измерять до уровня 0,1; измерение произвести по огибающей. Сопоставить измеренные и расчетные значения. Зарисовать осциллограммы и сравнить их вид с измеренной r().
Перечисленные измерения выполнить для цепей RLC II и RLCIII.
Контур RLCII имеет меньшее значение коэффициента затухания по сравнению с RLCI, а контур RLCIII настроен на вдвое меньшую частоту 0. Объяснить происходящие в связи с этим изменения функции СПМ и формы КФ.
4. Измерить функцию СПМ, нормированную КФ и наблюдать осциллограммы КФ шума на выходе ФНЧ с АЧХ, близкой к прямоугольной. Перевести переключатель S1 макета в положение «ФНЧ».
Данный фильтр имеет коэффициент передачи по мощности, близкий к 1 и почти одинаковый для всех спектральных составляющих вплоть до частоты среза  .
При воздействии на вход белого шума функция СПМ выходного сигнала имеет вид:   .
Зарисовать огибающую спектра на экране и определить  . Она совпадает с частотой среза Fmax.
КФ выходного процесса  , нормированная КФ  , так как преобразованием Фурье от прямоугольной функции является функция вида  . Расчетная ширина КФ по огибающей составляет  . Моменты перехода КФ через нуль кратны  .
Измерить нормированную КФ, построить график, определить . Сравнить полученные результаты с расчетными.
Зарисовать осциллограммы КФ выходного шума. Сопоставить их с измеренной с помощью коррелятора r().
|
Скачать 1.84 Mb.