Задачами лабораторного практикума является приобретение практических навыков аппаратурного анализа сигналов
 Скачать 292.5 Kb.
|
|
Цель работы: изучение основных временных и спектральных характеристик сигналов. Ознакомление с базовыми моделями сигналов и их основными характеристиками с помощью пакета схемотехнического моделирования QUCS. Задачами лабораторного практикума является приобретение практических навыков аппаратурного анализа сигналов: – изучение радиотехнических цепей и приобретение практических навыков измерения основных характеристик цепей; – изучение и практическое освоение экспериментальных методов анализа прохождения сигналов через радиотехнические цепи. Расчётная частьРассчитать величину постоянной составляющей сигнала и амплитуды первых 5 гармоник периодической последовательности импульсов прямоугольной формы, длительность активной части которых равна  мс, амплитуда которых равна  В, длительность периода составляет  мс. Параметры последовательности импульсов , и представлены в таблице.
Рассчитать среднюю мощность сигнала на нагрузке, сопротивление которой равно 50 Ом, на интервале, равном одному периоду. Рассчитать суммарное значение мощностей всех рассчитанных гармоник (включая постоянную составляющую) на нагрузке с тем же сопротивлением. Аналитически заданный сигнал можно представить следующим образом:  Спектр сигнала представляется разложением функции  в ряд Фурье: ,где  , .Вычислим коэффициенты  ,  и  : ,  ,  .Найдем амплитудный и фазовый спектр сигнала:    ,  .Подставляя в полученные выражения исходные значения параметров, рассчитаем значения спектральной характеристики для первых пяти гармоник:  В, , В, , рад,где  – скважность, , – номер гармоники.
Средняя мощность сигнала на нагрузке за период  Вт.Суммарное значение мощностей рассчитанных гармоник   Вт.Мощность суммы пяти первых гармоник и постоянной составляющей меньше, чем мощность всего сигнала. Экспериментальная часть1. Средствами пакета QUCS собираем схему для исследования характеристик периодических сигналов в соответствии со схемой (рис. 1). Амплитуду колебаний гармонического сигнала устанавливаем равной 1 В, частоту колебаний – 1 кГц.  Рисунок 1 – Схема для исследования временных характеристик сигнала генератора 2. Выполняем моделирование схемы. Результаты моделирования представлены на рис. 2.  Рисунок 2 – Результаты моделирования в графической форме Как видно из результатов моделирования, амплитуда сигнала составляет 1 В, а период – 0,001 с, что соответствует частоте 1 кГц. 3. Исследуем спектральный состав сигнала (рис. 3).  Рисунок 3 – Спектральный состав сигнала 4. Дополняем схему исследований вторым источником переменного напряжения V2 с параметрами  В,  кГц (рис. 4). Выполняем моделирование (рис. 5, 6). Рисунок 4 – Схема для исследования суммы двух сигналов  Рисунок 5 – Временная диаграмма суммы двух сигналов  Рисунок 6 – Спектр суммы двух сигналов 5. Добавляем в схему исследований дополнительные источники и повторяем моделирование (рис. 7 – 12).  Рисунок 7 – Схема для исследования суммы трёх сигналов  Рисунок 8 – Временная диаграмма суммы трёх сигналов  Рисунок 9 – Спектр суммы трёх сигналов  Рисунок 10 – Схема для исследования суммы пяти сигналов  Рисунок 11 – Временная диаграмма суммы пяти сигналов  Рисунок 12 – Спектр суммы пяти сигналов 6. Для исследования характеристик импульсных сигналов собираем схему (рис. 13). Амплитуду и длительность импульсов устанавливаем в соответствии с индивидуальным заданием. Напряжение между импульсами устанавливаем равным нулю.  Рисунок 13 – Схема для исследования параметров импульсных сигналов 7. Выполняем моделирование схемы. Результаты моделирования представлены на рис. 14 и 15.  Рисунок 14 – Временная диаграмма на участке среза импульса  Рисунок 15 – Спектр прямоугольного импульсного сигнала Как видно из рис. 14, длительность среза составляет 50 мкс, что превышает указанное в параметрах источника значение 1 нс. Это значение соответствует количеству точек при моделировании:  мкс.8. Спектральная диаграмма совпадает с результатами вычислений. Ширина спектра – 7 гармоник. 9. У источника импульсного сигнала устанавливаем длительности переднего и заднего фронтов равными половине длительности импульса (по 25 мс). Выполняем моделирование (рис. 16, 17).  Рисунок 16 – Временная диаграмма треугольного импульса  Рисунок 17 – Спектр треугольного импульса Как видно из рис. 17, форма спектра поменялась, а его ширина составляет три гармоники. 10. Источник импульсного сигнала меняем на источник гармонического колебания. Устанавливаем период гармонических колебаний равным периоду импульсного сигнала (рис. 18). Выполняем моделирование (рис. 19 и 20).  Рисунок 18 – Схема с источником синусоидального сигнала  Рисунок 19 – Временная диаграмма синусоидального сигнала  Рисунок 20 – Спектр синусоидального сигнала ВыводыВ процессе выполнения работы были изучены методы работы с базовыми моделями сигналов и их основными характеристиками с помощью пакета схемотехнического моделирования QUCS. Полученные спектры синусоидальных сигналов и сумм нескольких синусоидальных сигналов соответствуют своему гармоническому составу. Для правильного определения спектров длительность моделирования должна быть кратной периоду сигнала. При моделировании прямоугольного импульса его спектр совпадает с рассчитанным при предварительной подготовке к работе. Спектр треугольного импульса имеет меньшее значение постоянной составляющей и меньшую ширину. Меньшее значение постоянной составляющей вызвано тем, что уменьшилась площадь под графиком сигнала. Спектр стал уже, потому что форма сигнала стала ближе к синусоидальной. Результаты выполнения работы соответствуют теоретическим и расчётным данным. Список использованных источников1. Богомолов С. И., Каратаева Н. А. Лабораторный практикум по курсу «Сигналы электросвязи» : Теория сигналов и линейные цепи. Часть. 1 – Томск : ФДО ТУСУР, 2020. – 39 с. 2. Каратаева Н. А. Радиотехнические цепи и сигналы : учебное пособие : в 2 ч. / Н. А. Каратаева. – Томск : ФДО, ТУСУР, 2018. – Ч. 1. Теория сигналов и линейные цепи. – 272 с. |
, В
, град