Учебная лабораторная установка по курсу теория электрической связи Краткое описание лабораторного стенда
 Скачать 0.7 Mb.
|
Краткая характеристика исследуемых цепей и сигналовВ работе используется универсальный стенд со сменным блоком "МОДУЛЯТОР - ДЕМОДУЛЯТОР", функциональная схема которого приведена на рисунке 1.1. Модель системы связи представляет собой набор функциональных узлов стенда и сменного блока, соединённых внешними перемычками: КОДЕР, МОДУЛЯТОР, КАНАЛ СВЯЗИ, ДЕМОДУЛЯТОР, ДЕКОДЕР. Рисунок 1.1 Функциональная схема сменного блока "модулятор - демодулятор"  В КОДЕРЕ осуществляется ручной набор любой пятисимвольной комбинации, которая появляется на светодиодном индикаторе под надписью ПЕРЕДАНО. МОДУЛЯТОР осуществляет один из основных видов манипуляции (АМ, ЧМ, ФМ и ОФМ). При установке вида модуляции «0» выход модулятора соединён с его входом. КАНАЛ СВЯЗИ представляет собой сумматор сигнала с выхода модулятора и шума, поступающего от гнезда ГШ в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ. ДЕМОДУЛЯТОР преобразует манипулированный сигнал в низкочастотный цифровой сигнал; решение о том, какой символ передавался в данном тактовом интервале, принимается в компараторе решающего устройства (РУ) и запоминается в ячейке памяти до следующего решения. Тумблер в сменном блоке позволяет устанавливать фазы опорных колебаний или на «0» (относительно фазы принимаемого сигнала), или на . Для нормальной работы демодулятора =0. Потенциометр ручной установки порога (только для АМ) во всех случаях, кроме оговоренных особо, должен быть в крайнем левом положении. При этом светодиод не горит, и пороги устанавливаются автоматически. После ДЕМОДУЛЯТОРА принятая двоичная последовательность поступает на вход ДЕКОДЕРА и индицируется на табло с надписью ПРИНЯТО. При приёме цифровых сигналов, набранных в КОДЕРЕ, ДЕКОДЕР не требуется. Для передачи аналоговых сигналов через цифровую систему связи, КОДЕР заменяется блоком АЦП, расположенным ниже, а блок ДЕКОДЕР заменяется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). Блоки АЦП и ЦАП стенда могут работать с различной разрядностью (3, 4, 5 и 8 разрядов). Восьмиразрядное преобразование происходит при отжатых кнопках переключателя разрядности. Блок АЦП имеет 2 входа – «открытый» () и «закрытый» () и два выхода – основной (правые гнёзда) и выход дискретизированного по времени входного сигнала (нижнее гнездо). Блок ЦАП расположен в правой части стенда. При непосредственном соединении АЦП и ЦАП тумблер должен быть установлен в положение = Т, а при использовании модулятора и демодулятора – в положение = 0, так как демодулятор создаёт задержку на один тактовый интервал (Т). Блок ЦАП имеет 2 выхода: на выходе 1 формируется ступенчатый сигнал, на выходе 2 – сигнал после ФНЧ. Лабораторное задание 1. Наблюдайте сигналы в разных точках системы связи при фиксированных видах модуляции. 2. Познакомьтесь с различными видами модуляции. 3. Наблюдайте прохождение сигналов через систему связи при действии помех в канале. Порядок выполнения работы Передача дискретных сигналов через канал без помех 1.1 Соединить блоки: КОДЕР, МОДУЛЯТОР, КАНАЛ СВЯЗИ, ДЕМОДУЛЯТОР. 1.2 Установить вид модуляции АМ, а тип кода в КОДЕРЕ выбирают произвольно. 1.3 Набрать тумблерами КОДЕРА произвольную кодовую комбинацию. Зарисовать осциллограммы сигналов: - на выходе КОДЕРА; - на выходе МОДУЛЯТОРА; - на выходе ДЕМОДУЛЯТОРА; 1.4 Переключая ВИД МОДУЛЯЦИИ, зарисовать сигналы на выходе модулятора. Обратить внимание на то, как преобразуется "0" и "1" при разных видах модуляции. Передача дискретных сигналов по каналу с помехами 1.5 Подать на нижний вход КАНАЛА n(t) сигнал с выхода генератора шума (в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ). 1.6 Установить вид модуляции – ФМ. 1.7 Плавно увеличивая шумовой сигнал, добиться появления редких "сбоев" на осциллограмме выходного сигнала (на выходе ДЕМОДУЛЯТОРА). 1.8 Переключив вид модуляции на АМ, наблюдать увеличение частоты "сбоев". Не меняя напряжение шума, провести это же наблюдение на других видах модуляции. В отчете отметить самый лучший и самый худший вид модуляции с точки зрения помехоустойчивости. Не меняя уровень шума, зафиксируйте осциллограммы на выходе МОДУЛЯТОРА и входе ДЕМОДУЛЯТОРА при АМ. Передача аналоговых сигналов через канал без помех 1.9 Заменить КОДЕР блоком АЦП, на вход которого подать сигнал s4 из блока ИСТОЧНИКИ. Выход ДЕМОДУЛЯТОРА соединить с блоком ЦАП, переключатель разрядности - в положение 3. Вид модуляции – ФМ. Регулятор шума ГШ – в крайнем левом положении (шум в канале отсутствует). 1.10. Зарисовать осциллограммы сигналов в различных точках системы связи: вход АЦП, его выход, затем выходы 1 и 2 блока ЦАП. 1.11 Переключая разрядность (2,3 и 5), наблюдать изменение точности передачи сигнала. Передача аналоговых сигналов через канал с помехами 1.12 Подключить входы осциллографа к входу АЦП и второму выходу ЦАП. Вид модуляции - ФМ. 1.13 Плавно увеличивая уровень шума, добиться появления "сбоев" в выходной осциллограмме. 1.14 Не меняя уровень шума, по минимуму ошибок в выходной осциллограмме определите вид модуляции, обеспечивающий наилучшую и наихудшую помехоустойчивость системы связи. Свои наблюдения отразите в отчете. Передача аналогового сигнала с ГЗ-111 через канал без помех 1.15 На вход АЦП из генератора ГЗ-111 подать низкочастотный сигнал с частотой f=30 Гц. Выход ДЕМОДУЛЯТОРА соединить с блоком ЦАП, переключатель разрядности - в положение 3. Вид модуляции – ФМ. Регулятор шума ГШ – в крайнем левом положении (шум в канале отсутствует). 1.16 Зарисовать осциллограммы сигналов в различных точках системы связи: вход АЦП, его выход, затем выходы 1 и 2 блока ЦАП. 1.17 Переключая разрядность (2,3 и 5), наблюдать изменение точности передачи сигнала. Передача аналогового сигнала с ГЗ-111 через канал с помехами 1.18 Подключить входы осциллографа к входу АЦП и второму выходу ЦАП. Вид модуляции - ФМ. 1.19 Плавно увеличивая уровень шума, добиться появления "сбоев" в выходной осциллограмме. 1.20 Не меняя уровень шума, по минимуму ошибок в выходной осциллограмме определите вид модуляции, обеспечивающий наилучшую и наихудшую помехоустойчивость системы связи. Свои наблюдения отразите в отчете. Содержание отчета 1. Функциональные схемы систем связи. 2. Осциллограммы. 3. Выводы. Контрольные вопросы 1. Перечислите блоки цифровой системы связи для передачи - дискретных сигналов; - аналоговых сигналов. 2. Каково назначение модулятора и демодулятора в цифровой системе связи? 3. Какова причина ошибок в работе системы связи? 4. Какие блоки "ответственны" за возникновение ошибок в системе связи? 5. Какие возможности борьбы с помехами Вам известны? 6. В чем состоит идея преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот? ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ СИГНАЛОВ Цель работы: исследование формы и спектра гармонических сигналов и периодических последовательностей импульсов. Формирование навыков спектрального анализа сигналов на ПК. Краткие сведения из теории Рассмотрим несколько примеров периодических колебаний, часто используемых в различных радиотехнических устройствах. Прямоугольное колебание (рисунок 2.2) Подобное колебание, часто называемое меандром (греческое слово, обозначающее орнамент), находит широкое применение в измерительной технике. При выборе начала отсчета времени по рисунку 2.1, а функция является нечетной, а по рисунку 2.2, б - четной. Применяя формулы  (2.1)н  аходим для колебания, изображенного на рисунке 2.1, а,   (2.2)Учитывая, что  , получаем 0, при n = 0, 2, 4, …   , при n = 1, 3, 5, … (2.3) Начальные фазы  в соответствии с  равны для всех гармоник.Запишем ряд Фурье в тригонометрической форме:  (2.4)При отсчете времени от середины импульса (рисунок 2.3, б) функция является четной относительно t и для нее  (2.5) Г  рафики 1-й (п = 1) и 3-й (п = 3) гармоник и их суммы изображены на рисунок 2.3, а. На рисунке 2.3, б эта сумма дополнена пятой гармоникой, а на рисунке 2.3, в - седьмой. С увеличением числа суммируемых гармоник сумма ряда  приближается к функции  всюду, кроме точек разрыва функции, где образуется выброс. При  величина этого выброса равна 1,18 E, т. е. сумма ряда отличается от заданной функции на 18%. Этот дефект сходимости в математике получил название явления Гиббса. Несмотря на то, что в рассматриваемом случае ряд Фурье не сходится к разлагаемой функции в точках ее разрыва, ряд сходится в среднем, поскольку при выбросы являются бесконечно узкими и не вносят ни какого вклада в величину интеграла.Пилообразное колебание (рисунок 2.4) С подобными функциями часто приходится иметь дело в устройствах для развертки изображения в осциллографах. Так как эта функция является нечетной, ряд Фурье для нее содержит только синусоидальные члены. С помощью формулы  (2.6) нетрудно определить коэффициенты ряда Фурье, Опуская эти выкладки, напишем окончательное выражение для ряда  (2.7) К  ак видим, амплитуды гармоник убывают по закону  , где  На рисунке 2.4 показан график суммы первых пяти гармоник (в увеличенном масштабе).  Последовательность униполярных треугольных импульсов (рисунок 2.6) На рисунке 2.6 изображена сумма первых трех членов этого ряда. В данном случае отметим более быстрое убывание амплитуд гармоник, чем в предыдущих примерах. Это объясняется отсутствием разрывов (скачков) в функции. Ряд Фурье для этой функции имеет следующий вид:  (2.8)  Последовательность униполярных прямоугольных импульсов (рисунок 2.7) Применяя формулы  ,  находим среднее значение (постоянную составляющую)   (2.9) и коэффициент n-й гармоники  Так как функция четная,  и  . Таким образом, (2.10) Величина  называется скважностью импульсной последовательности. При больших значениях N спектр сигнала содержит очень большое число медленно убывающих по амплитуде гармоник (рисунок, 2.8). Расстояние между спектральными линиями очень мало, а амплитуды соседних гармоник близки по величине. Это в данном случае удобно представить в несколько измененном виде При малых значениях п можно считать  (2.11) Постоянная составляющая, равная  , вдвое меньше амплитуды первой гармоники. При построении спектра коэффициентов  величина  приближенно равнялась бы  . Краткая характеристика исследуемых цепей и сигналов В работе используются блоки ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ, сумматор () и КОДЕР универсального лабораторного стенда. Сменные блоки в этой работе не используются. В качестве простейших гармонических используются сигналы с частотами 1 и 2 кГц (два левых верхних гнезда стенда) и встроенный диапазонный генератор типа Г3-111. Источники сигналов сложной формы, состоящих из двух гармоник (2 и 4 кГц, 2 и 6 кГц) расположены ниже – это гнёзда S1, S2 и S3. Два последних сигнала отличаются фазой третьего гармоники. Все сигналы стенда (кроме встроенного ЗГ), жёстко синхронизованы, т. к. получены от общего кварцевого генератора путём деления частоты. Это упрощает задачу получения неподвижного изображения на осциллографе. Источником импульсной последовательности является блок КОДЕР, позволяющий формировать произвольную пятисимвольную последовательность, повторяющуюся с периодом 17T, где T=512мкс – длительность одного символа. В качестве измерительных приборов используются: встроенный вольтметр типа В7-38, двулучевой осциллограф и ПК в режиме анализа спектра. Лабораторное задание 1. Наблюдайте осциллограммы и измерьте спектры простых гармонических сигналов. 2. Исследуйте форму и спектры сложных гармонических сигналов. 3. Исследуйте связь формы и спектра периодических последовательностей прямоугольных импульсов |