4 Открыть программу Electronics Workbench 5.12, согласно каталогу D:\Work\EWB512\WEWB32.exe. Получить изображение стандартного окна программы.

5 Собрать схему для проведения исследований (рисунок 4.1).

6 Щелкнуть два раза на изображение генератора модулирующего сигнала на белом листе рабочего поля. Установить режим генерации синусоидального колебания, нажав на соответствующее изображение в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

7 Установить частоту (frequency), амплитуду (amplitude), длительность импульса (duty cycle) и постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора с помощью клавиатуры и манипулятора мышь согласно домашнему заданию (см. п. 3 раздела «Подготовка к выполнению работы»), изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

Примечание 1: при работе в бригаде выбрать вариант одного из учащихся.

Примечание 2: длительность импульса (duty cycle) определяется в % как отношение длительности импульса к периоду следования импульсов (для сигналов импульсной формы!).

Примечание 3: если параметр не задан, то нужно принимать за ноль.



Рисунок 4.1 - Схема исследования

8 Щелкнуть два раза на изображение генератора несущего сигнала на белом листе рабочего поля. Установить амплитуду (voltage) и частоту (frequency) сигнала с помощью клавиатуры и манипулятора мышь согласно домашнему заданию (см. п. 3 раздела «Подготовка к выполнению работы»), изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.

9 Получить временные диаграммы модулирующего и несущего сигналов, для этого:

9.1 Подключить осциллограф к точке А и В.

9.2 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение I включателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

9.3 Щелкнуть два раза на изображении осциллографа, наблюдать временную диаграмму модулирующего и несущего сигналов.

9.4 Щелкнуть на изображение надписи Eхpand осциллографа. Наблюдать временные диаграммы на расширенном экране.

9.5 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «время на деление» (Time base) - время, соответствующее наблюдению 1 - 2 периодов огибающей модулированного сигнала, и переключателем «вольт на деление» (V/div) необходимый масштаб по оси Y. Выключить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение 0 включателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов. Зарисовать временную диаграмму сигнала в отчет. Подписать.

9.6 Измерить время начала периода модулирующего сигнала. Для измерения установить курсор манипулятора мышь на красном треугольнике 1 и, нажав клавишу манипулятора, переместить красную визирную линию на начало периода.

9.7 Переместить синюю визирную линию 2 на конец периода модулирующего сигнала согласно методике п. 9.6.

9.8 Отсчитать значения T1, T2 и записать значение периода модулирующего сигнала Т=Т2-Т1 из измерительных окон осциллографа в отчет. Рассчитать частоту и сравнить ее с ранее установленной.

9.9 Проделать пп. 9.6 - 9.8, измеряя период несущего сигнала. Данные записать в отчет.

10 Получить временную диаграмму амплитудно-модулированного сигнала, для этого:

10.1 Подключить канал В осциллографа к точке С.

10.2 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение I включателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

10.3 Щелкнуть два раза на изображении осциллографа. Наблюдать временную диаграмму амплитудно-модулированного сигнала.

10.4 Зарисовать временную диаграмму амплитудно-модулированного сигнала в отчет.

11 Измерить коэффициент амплитудной модуляции осциллографическим методом, для этого:

11.1 Измерить размах А_max амплитудно-модулированного сигнала (см. рисунок 4.2). Для измерения необходимо переместить красную визирную линию 1 на самое минимальное мгновенное значение модулированного сигнала, затем переместить синюю визирную линию 2 на самое максимальное мгновенное значение модулированного сигнала. Записать значение размаха сигнала А_max = VВ2-VВ1 в отчет.

11.2 Проделать п. 11.1 для размаха А_min модулированного сигнала (см. рисунок 4.3). Данные записать в отчет.

Рисунок 4.2 - Методика измерения максимального размаха АМ сигнала.

Рисунок 4.3 - Методика измерения минимального размаха АМ сигнала.

11.3 Рассчитать коэффициент амплитудной модуляции.

12 Исследовать спектральный состав модулирующего (точка А), несущего (точка В) и амплитудно-модулированного (точка С) сигналов, для этого:

12.1 Нажать левой клавишей манипулятора мышь на изображение меню Circuit, а затем на указатель функции «параметры схемы» Schematic Options.

12.2 Установить параметр электрической схемы, показывающий номер электрического соединения (контрольной точки) Show nodes. Для этого нажать левой клавишей манипулятора мышь на пустом квадратике напротив надписи Show nodes. Определить номер выходной контрольной точки для исследования спектра.

Примечание: персональный компьютер устанавливает контрольные точки на схеме в случайном порядке, поэтому для каждого рабочего места нумерация точек на схеме может быть различной.

12.3 Нажать левой клавишей манипулятора мышь сначала изображение 0, а затем I переключателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов. Подождать несколько секунд. Отключить формирование сигнала, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение 0 в правом верхнем углу окна.

12.4 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Analysis вверху окна, а затем анализ спектра Fourier в раскрывшейся таблице.

12.5 Задать параметры анализа спектра: Output node - номер контрольной точки, в которой исследуется спектр; Fundamental frequency - частота модулирующего сигнала; Number harmonics - количество гармоник - 40; Vertical scale - масштаб по вертикали, линейный - linear.

12.6 Нажать функцию Simulate и подождать появления спектральной диаграммы амплитуд. Установить развернутый вид появившегося маленького окна, нажав левой клавишей манипулятора мышь функцию (развернуть) в правом верхнем углу окна.

12.7 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Toggle Cursors в правом верхнем углу окна. Измерить амплитуды спектральных составляющих с помощью визирных линий и таблицы. Визирную линию перемещать за черный треугольник вверху ее на спектральную составляющую. Записывать значение х1 - частоты, у1 - амплитуды спектральной составляющей из таблицы «Magnitude, V» в отчет.

12.8 Зарисовать спектральные диаграммы в отчет, указав значения всех спектральных составляющих. Сделать выводы.

13 Проделать пп. 9.1 - 12.8 для модулирующих сигналов прямоугольной и треугольной формы.

14 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

15 Сделать выводы.

16 Выключить оборудование.

17 Составить отчет по работе.

Содержание отчета

1 Наименование и цели работы.

2 Перечень программного и аппаратного обеспечения.

3 Схема исследований.

4 Результаты измерений, вычислений и наблюдений по пп. 6 - 12.

5 Выводы по работе.

6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

Контрольные вопросы.

1 Поясните осциллограмму АМ сигнала при m = 1.

2 Поясните спектральный состав АМ сигнала.

3 Поясните назначения функциональных компонентов схемы на рисунке 4.3.

4 Определите параметры амплитудно-модулированного сигнала для случая, иллюстрируемого рисунком 4.2.

5 Поясните физический смысл коэффициента схемотехники (пропорциональности) и коэффициента амплитудной модуляции m.

6 Что произойдет с параметрами амплитудно-модулированного сигнала, если увеличить амплитуду несущего колебания?

7 Почему на частоте 2f₀ есть спектральные составляющие при формировании амплитудно-модулированного сигнала?

8 Чему равна разница частот несущего и бокового колебания в спектре АМ сигнала?

9 Оцените погрешность измерения коэффициента амплитудной модуляции m.

10 Чему равна ширина спектра АМ сигнала согласно проведенному опыту?

11 Чему равна разница между спектральными составляющими в спектре АМ сигнала?

12 Какая спектральная составляющая имеет максимальную амплитуду в спектре АМ сигнала?

13 Как переносится сообщение при АМ? Поясните по временным и спектральным диаграммам опытов.

Содержание отчета

Учащийся должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, и анализировать результаты измерений.

Литература

1 Шинаков Ю. С., Колодяжный Ю. М. Теория передачи сигналов электросвязи. - М.: Радио и связь, 1989. - 288 с.

2 Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. - М.: Солон-Р, 1999. - 253 с.

3 Панфилов И. П. Дырда В. Е. Теория электрической связи. - М.: Радио и связь, 1991 - 362 с.

Краткие теоретические сведения

Амплитудная модуляция (АМ) - это процесс изменения амплитуды гармонического несущего высокочастотного колебания по закону изменения информационного низкочастотного (модулирующего) сигнала.

Несущее колебание описывается выражением:

,

где - амплитуда;

- полная фаза;

- угловая частота;

- начальная фаза.

В качестве модулирующего сигнала рассмотрим гармоническое колебание:

,

где - амплитуда модулирующего сигнала;

- его угловая частота;

- его начальная фаза.

Математическая модель АМ сигнала:

.

где - коэффициент модуляции, причем .

- коэффициент пропорциональности амплитудной модуляции.

Коэффициент модуляции (глубина модуляции) - это отношение максимального приращения амплитуды модулированного сигнала к амплитуде несущей.

Временная диаграмма амплитудно-модулированного сигнала имеет вид:



Рисунок 4.4 - Временная диаграмма АМ сигнала.

По временной диаграмме коэффициент модуляции находится по формуле:

Спектр АМ сигнала:

Рисунок 4.5 - Спектральная диаграмма АМ сигнала.

Ширина спектра определяется по формуле:

?f=2F

Лабораторная работа №5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ И ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАНЫХ СИГНАЛОВ

Цель работы: получить временную диаграмму частотно-манипулированного сигнала; исследовать спектральный состав частотно-манипулированного сигнала; исследовать спектр частотно-модулированного сигнала при изменении индекса частотной модуляции М_чм.

Подготовка к выполнению работы

1 Изучить по [1] и [2] теоретические сведения о сигналах и характеристиках частотной манипуляции.

2 Изучить по [3] состав спектра частотно-модулированного и частотно-манипулированного сигналов.

3 Рассчитать и построить временную и спектральную диаграммы частотно-модулированного сигнала, если амплитуда несущего колебания А_m, B; частота несущего колебания f₀, МГц; частота модулирующего косинусоидального сигнала F, кГц равны номеру записи фамилии учащегося в учебном журнале. Индекс частотной модуляции принять равным М_чм = 3,3. Составить математическую модель частотно-модулированного сигнала и рассчитать девиацию частоты.

4 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.

Вопросы для самопроверки

1 Какие параметры несущего колебания изменяются при частотной манипуляции?

2 По какой формуле определяется девиация частоты частотно-модулированного сигнала?

3 По какой формуле определяется индекс частотной модуляции частотно-модулированного сигнала?

4 Каким выражением определяется ширина спектра частотно-манипулированного (модулированного) сигнала?

5 Меняется ли частота несущей при частотной манипуляции?

6 В каких случаях наблюдается разрыв фазы частотно-манипулированного сигнала?

7 Какие существуют методы формирования частотно-манипулированных сигналов?

8 Приведите условное графическое обозначение частотного модулятора.

9 Приведите временную диаграмму частотно-манипулированного сигнала при манипуляции меандром.

10 Как определить крутизну модуляционной характеристики при частотной модуляции?

11 Что такое коэффициент пропорциональности (коэффициент схемотехники) при частотной модуляции?

12 Каким выражением связаны фаза и частота?

Аппаратное и программное обеспечение

1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

2 Графический манипулятор мышь.

3 Программа Electronics Workbench 5.12.

Порядок выполнения работы

1 Ответить на вопросы программированного допуска.

2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.

3 Включить персональный компьютер. Наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.

4 Открыть программу Electronics Workbench 5.12, согласно каталогу D:\Work\EWB512\WEWB32.exe. Получить изображение стандартного окна программы.

5 Получить временную диаграмму частотно-манипулированного сигнала, для этого:

51 Поместить радиокомпоненты (рисунок 5.1) на белый лист рабочего поля. Для размещения радиокомпонентов нажимать левую клавишу манипулятора мышь на их изображение на панели инструментов. Перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпускать левую клавишу манипулятора мышь в нужном месте белого листа рабочего поля.

5.2 Соединить радиокомпоненты согласно схеме. Для их соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпускать клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия - подтверждение правильности соединения.

Рисунок 5.1 - Схема электрическая структурная исследования частотно-манипулированного сигнала.

5.3 Нажать двойным щелчком манипулятора мышь на изображение генератора прямоугольных импульсов ().

5.4 Установить в раскрывшемся окне параметры генератора прямоугольных импульсов: частота (frequency) - 1 кГц; длительность импульса (Duty cycle) - 50%; амплитуду (Voltage) - N+5V, где N соответствует номеру записи фамилии учащегося в учебном журнале. Закрыть окно генератора.

5.5 Нажать двойным щелчком манипулятора мышь на изображение частотного манипулятора (FSK).

5.6 Установить в раскрывшемся окне параметры частотного манипулятора FSK: амплитуда несущих (Реак amplitude of FSК signal) - N, V; частота, соответствующая высокому уровню манипуляции (Mark transmission frequency) - 10 кГц; частота, соответствующая низкому уровню манипуляции (Space transmission frequency) - 5 кГц. Нажать на клавиатуре клавишу ОК окна генератора.

5.7 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение I включателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

5.8 Щелкнуть два раза на изображение осциллографа, наблюдать временные диаграммы манипулирующего и частотно-манипулированного сигналов.

5.9 Щелкнуть на изображение надписи Expand осциллографа. Наблюдать временные диаграммы на расширенном экране.

5.10 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Время на деление» (Time base) время, соответствующее наблюдению 1 - 2 периодов манипулирующего сигнала.

5.11 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Вольт на деление» (V/div) размах, соответствующий наблюдению двух сигналов: манипулирующего и манипулированного.

5.12 Щелчками манипулятора мышь разместить на экране осциллографа осциллограмму манипулирующего сигнала над манипулированным, используя функции прокрутки (Y position) в каналах А и В (channel A и channel B).

5.13 Измерить время начала периода импульсов. Для измерения установить курсор манипулятора мышь на красном треугольнике 1 и, нажав клавишу манипулятора, переместить красную визирную линию на начало периода.

5.14 Переместить синюю визирную линию 2 на конец импульсов согласно методике п. 5.13.

5.15 Определить значения Т1, Т2 и записать значение периода T = T2 - T1 из измерительных окон осциллографа в отчет. Рассчитать частоту и сравнить ее с установленной.

5.16 Измерить длительность импульса и параметры частотно-манипулированного сигнала, периоды колебаний при высоком и низком уровнях манипуляции, по методике пп. 5.13 - 5.15. Оценить наличие разрыва фазы. Данные измерений занести в отчет.

5.17 Измерить размах частотно-манипулированного сигнала. Для измерения необходимо переместить красную визирную линию на минимальное мгновенное значение, а синюю линию на максимальное мгновенное значение частотно-манипулированного сигнала согласно методике п. 5.13 Значение размаха считать в окне VA2 - VA1. Данные записать в отчет.

5.18 Измерить размах манипулирующих импульсов, согласно методике п. 5.17 Сравнить параметры, установленные ранее, с измеренными.

6 Исследовать спектральный состав частотно-манипулированного сигнала, для этого:

6.1 Нажать левой клавишей манипулятора мышь на изображение меню Circuit, а затем на указатель функции «параметры схемы» Schematic Options.

6.2 Установить параметр электрической схемы, показывающий номер электрического соединения (контрольной точки) Show nodes. Для этого нажать левой клавишей манипулятора мышь на пустом квадратике напротив надписи Show nodes. Определить номер выходной контрольной точки для исследования спектра на схеме.

Примечание: персональный компьютер устанавливает контрольные точки на схеме в случайном порядке, поэтому для каждого рабочего места нумерация точек на схеме может быть различной.

6.3 Нажать левой клавишей манипулятора мышь сначала на изображение 0, а затем I переключателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов. Подождать несколько секунд. Отключить формирование сигнала, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение 0 в правом верхнем углу панели инструментов.

6.4 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Analysis вверху окна, а затем анализ спектра Fourier в раскрывшейся таблице.

6.5 Задать параметры анализа спектра: Output node - номер контрольной точки, в которой исследуется спектр; Fundamental frequency - частота манипулирующего сигнала; Number harmonics - количество гармоник - 40; Vertical scale - масштаб по вертикали, линейный - linear.

6.6 Нажать функцию Simulate и подождать появления спектральной диаграммы амплитуд. Установить развернутый вид появившегося маленького окна, нажав левой клавишей манипулятора мышь функцию (развернуть) в правом верхнем углу окна.

6.7 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Toggle Cursors в правом верхнем углу окна. Измерить амплитуды спектральных составляющих с помощью визирных линий и таблицы. Визирную линию перемещать за черный треугольник вверху ее на спектральную составляющую. Записывать значение х1 - частоты, у1 - амплитуды спектральной составляющей из таблицы «Magnitude, V» в отчет.

6.8 Зарисовать спектральную диаграмму амплитуд в отчет, указав значения всех спектральных составляющих. Сделать выводы.

7 Исследовать спектр частотно-модулированного сигнала при изменении индекса частотной модуляции М_чм , для этого:

7.1 Собрать схему исследований (рисунок 5.2) и выполнить п. 6.4 для частотно-модулированного сигнала. Установить параметры частотно-модулированного генератора: амплитуда несущей (Peak Amplitude) - 5 В, частота несущей (Carrier frequency) - 1000 Гц, индекс частотной модуляции (Modulation index) - 5; частота модулирующего сигнала (Modulation frequency) - 100 Гц, постоянная составляющая (Offset) - 0 В.



Рисунок 5.2 - Схема электрическая структурная исследования частотно-модулированного сигнала

7.2 Выполнить п. 6 для индексов частотной модуляции М_чм согласно таблице 5.1 для каждого опыта.

Таблица 5.1 - Исходные данные

Номер опыта	1	2	3	4	5	6	7	8
Мчм	0,3	2	2, 42	3,3	5	5,5	7	8,65

7.3 Зарисовать в отчет спектральные диаграммы частотно-модулированных сигналов при М_чм, равном 0,3; 2,42; 3,3.

8 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

9 Сделать выводы.

10 Выключить оборудование.

11 Составить отчет по работе.

Содержание отчета

1 Наименование и цели работы.

2 Перечень программного и аппаратного обеспечения.

3 Схемы для измерений.

4 Результаты измерений, исследований, вычислений и наблюдений по пп. 5 - 7.

5 Выводы по работе.

6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

Контрольные вопросы

1 Какие параметры частотно-манипулированного генератора Вы устанавливали?

2 Как измерить сдвиг частот с помощью осциллографа?

3 Поясните временные диаграммы частотно-манипулированного сигнала.

4 Поясните спектральный состав частотно-манипулированного сигнала.

5 Как изменяется период несущего колебания при частотной манипуляции?

6 Как изменится спектр частотно-манипулированного сигнала, если изменить скважность манипулирующих импульсов?

7 Наблюдался ли разрыв фазы при частотной манипуляции?

8 Какие меры необходимо применять для исключения разрыва фазы при частотной манипуляции?

9 Почему может отсутствовать несущее колебание в спектрах частотно-манипулированных и модулированных сигналов?

10 Для чего необходимо минимизировать ширину спектра частотно-манипулированного сигнала?

11 В каких системах и сетях связи нашла применение частотная манипуляция? Почему?

12 Как осуществить многократную частотную манипуляцию?

13 Как влияет индекс частотной модуляции М_чм на ширину спектра?

14 Определите ширину спектра ?f ЧМ сигнала по результатам опытов. Сравните ее с рассчитанной в п. 3.

Содержание зачета

Учащийся должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, и анализировать результаты измерений.

Литература

1 Шинаков Ю. С., Колодяжный Ю. М. Теория передачи сигналов электросвязи. - М.: Радио и связь, 1989. - 288 с.

2 Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. - М.: Солон-Р, 1999. - 253 с.

3 Панфилов И. П. Дырда В. Е. Теория электрической связи. - М.: Радио и связь, 1991. - 362 с.

Краткие теоретические сведения.

Частотная модуляция (ЧМ) - процесс изменения частотой гармонической несущей по закону информационного (модулирующего) сигнала.

Математическая модель сигнала при гармонической ЧМ:

.

где - индекс частотной модуляции.

- девиация частоты - наибольшее отклонение частоты модулированного сигнала от значения частоты несущей. При ЧМ может принимать значения от единиц герц до сотен мегагерц.

Рисунок 5.3 - Временные диаграммы модулирующего, несущего и модулированного колебаний.

Спектр ЧМ сигнала:

Рисунок 5.4 - Спектральная диаграмма ЧМ сигнала при М_ЧМ=2.

При малом индексе модуляции - узкополосной ЧМ - амплитудная спектральная диаграмма ЧМ сигнала совпадает по составу с АМ сигналом: содержит центральную составляющую с частотой несущей, нижнюю и верхнюю боковые составляющие с частотами. Отличие заключается в фазовой спектральной диаграмме: фаза нижней боковой составляющей сдвинута на 180⁰.

При большом индексе модуляции - широкополосной ЧМ - спектр ЧМ сигнала состоит из бесконечного числа гармоник: из составляющей с частотой несущей, нижней и верхней боковых полос частот, образованных группами составляющих. На практике учитывают только те боковые составляющие, амплитуды которых не меньше 1% амплитуды несущей, т.е. для которых .

Ширина спектра ЧМ сигнала:

.

Дискретная модуляция (манипуляция) - это вид аналоговой модуляции, при которой в качестве информационного сигнала используется дискретный двоичный сигнал.

При частотной манипуляции при передаче посылки (1) используется одна частота более высокая. При передаче активной паузы (0) используется более низкая частота.

Рисунок 5.5 - Временные диаграммы сигналов: модулирующего и ЧМн.

ЧМн сигнал можно рассматривать как сумму двух отдельных АМн сигналов, один из которых служит только для отображения единиц и имеет несущую частоту , а другой - только нулей и имеет несущую частоту. Соответственно, спектр ЧМн сигнала может быть представлен как суперпозиция спектров двух АМн сигналов.

Рисунок 5.6 - Спектральная диаграмма ЧМн сигнала.

Ширина спектра сигнала с двоичной ЧМн определяется выражением:

,

где - разнос частот - расстояние между частотами и . Выбирается таким, чтобы не перекрывались спектры отдельных АМн сигналов;

- девиация частоты - изменение частоты при передаче 1 (0) относительно ее среднего значения .

Лабораторная работа №6

ИССЛЕДОВАНИЕ СИГНАЛОВ С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ

Цель работы: Получить временную диаграмму сигнала с относительной фазовой манипуляцией (ОФМн); исследовать спектральный состав сигнала с относительной фазовой манипуляцией.

Подготовка к выполнению работы

1 Изучить по [1] теоретические сведения о сигналах с фазовой манипуляцией (ФМн) и относительной фазовой манипуляцией (ОФМн).

2 Изучить по [2] основные параметры и характеристики сигналов с ОФМн ФМн.

3 Изучить по [3] состав спектра сигналов с ОФМн и ФМн.

4 Изобразить сигнал с ОФМн, если цифровая манипулирующая последовательность представляет число, соответствующее номеру записи фамилии учащегося по учебному журналу. Номер записи представить в виде байта.

5 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.

Вопросы для самопроверки

1 Какой сигнал можно использовать в качестве манипулирующего при осуществлении фазовой манипуляции?

2 Как изменяется фаза несущего колебания при абсолютной фазовой манипуляции?

3 Как изменяется амплитуда несущего колебания при ОФМн?

4 Как изменяется фаза несущего колебания при однократной ОФМн?

5 Как изменяется частота несущего колебания при однократной ОФМн?

6 Какой характер имеет спектр сигнала с ОФМн?

7 Какие существуют методы формирования ОФМн сигналов?

8 Какие существуют методы приема ОФМн сигналов?

9 Приведите временную диаграмму сигнала с ОФМн.

10 Чему равен минимальный сдвиг фаз при многократной ОФМн?

11 Чем отличается ОФМн от ФМн?

12 Перечислите недостатки ФМн.

13 Чему равна полоса частот ОФМн и ФМн сигналов?

Аппаратное и программное обеспечение

1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

2 Графический манипулятор мышь.

3 Программа Electronics Workbench 5.12.

Порядок выполнения работы

1 Ответить на вопросы программированного допуска.

2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.

3 Включить персональный компьютер. Наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.

4 Открыть программу Electronics Workbench 5.12, согласно каталогу D:\Work\EWB512\WEWB32.exe. Получить изображение стандартного окна программы.

5 Получить временную диаграмму сигнала с относительной фазовой манипуляцией, для этого:

5.1 Собрать схему для проведения исследований (рисунок 6.1).

5.2 Нажать двойным щелчком манипулятора мышь на изображение генератора слов (Word Generator) и установить: в левом поле сверху 8-разрядную манипулирующую кодовую комбинацию, соответствующую номеру записи фамилии учащегося по учебному журналу (смотрите пример на рисунке 6.2 - единицы вводятся с помощью клавиатуры); значение final - 0007, частоту (Frequency) - 1 кГц.

Рисунок 6.2 - Пример ввода манипулирующей кодовой комбинации.



5.3 Нажать двойным щелчком манипулятора мышь на изображение генератора ПППИ и установить: частоту (Frequency) - 1 кГц; длительность импульса в процентах к периоду (Duty cycle) - 50 %, амплитуда (Amplitude) - 5 В.

5.4 Установить параметры генератора несущего колебания E1, используя методику п.5.3: амплитуду (Voltage) - 2 В; частоту (frequency) - 5 кГц; начальную фазу (Phase) - 0 Deg.

5.5 Выполнить п. 5.4 для генератора E2, установив те же параметры, что и для E1, а начальную фазу (Phase) - 180 Deg.

5.6 Подключить осциллограф к точке А и С.

5.7 Включить режим анализа схемы, нажав на изображение I включателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

5.8 Щелкнуть два раза на изображение осциллографа, наблюдать временные диаграммы манипулирующего и сигнала с ОФМн.

5.9 Щелкнуть на изображении надписи Expand осциллографа. Наблюдать временные диаграммы на расширенном экране. Зарисовать их в масштабе.

5.10 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Время на деление» (Time base) время, соответствующее наблюдению 1 - 2 периодов манипулирующего сигнала.

5.11 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «Вольт на деление» (V/div) размах, соответствующий наблюдению двух сигналов: манипулирующего и манипулированного.

5.12 Щелчками манипулятора мышь разместить на экране осциллографа осциллограмму манипулирующего сигнала над манипулированным, используя функции прокрутки (Y position) в каналах А и В (channel A и channel B).

5.13 Измерить время начала периода импульсов. Для измерения установить курсор манипулятора мышь на красном треугольнике 1 и, нажав клавишу манипулятора, переместить красную визирную линию на начало периода. Переместить синюю визирную линию 2 на конец импульсов.

5.14 Определить значения Т1, Т2 и записать значение периода T= T2 - T1 из измерительных окон осциллографа в отчет. Рассчитать частоту и сравнить ее с установленной.

5.15 Измерить параметры сигнала с ОФМн: периоды колебаний при высоком и низком уровнях манипуляции, по методике пп. 5.12 - 5.14. Оценить наличие разрыва фазы. Данные измерений занести в отчет.

5.16 Измерить размах сигнала с ОФМн. Для измерения необходимо переместить красную визирную линию на минимальное мгновенное значение, а синюю линию на максимальное мгновенное значение сигнала с ОФМн согласно методике п. 5.12 Значение размаха считать в окне VA2 - VA1. Данные записать в отчет.

5.17 Измерить размах манипулирующих импульсов, согласно методике п. 5.16 Сравнить параметры, установленные ранее, с измеренными. Закрыть окно осциллографа.

6 Получить временные диаграммы на выходе относительного кодера (Coder) и ОФМн сигнала, для этого:

6.1 Удалить линию соединения канала А осциллографа и фазового манипулятора (ФМн). Для ее удаления нажать на клавиатуре клавишу Delete, а затем Enter.

6.2 Подсоединить осциллограф к точкам В и С. Для соединения их необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпускать клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия - подтверждение правильности соединения.

6.3 Проделать пп. 5.6 - 5.14 для полученных сигналов. Осциллограммы зарисовать в отчет. Сравнить полученные результаты с домашним заданием. Сделать выводы.

7 Исследовать спектральный состав сигнала с относительной фазовой манипуляцией, для этого:

7.1 Нажать левой клавишей манипулятора мышь на изображение меню Circuit, а затем на указатель функции «параметры схемы» Schematic Options.

7.2 Установить параметр электрической схемы, показывающий номер электрического соединения (контрольной точки) Show nodes. Для этого нажать левой клавишей манипулятора мышь на пустом квадратике напротив надписи Show nodes. Определить на схеме номер выходной контрольной точки для исследования спектра.

Примечание: персональный компьютер устанавливает контрольные точки на схеме в случайном порядке, поэтому для каждого рабочего места нумерация точек на схеме может быть различной.

7.3 Нажать левой клавишей манипулятора мышь сначала изображение 0, а затем I переключателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов. Подождать несколько секунд. Отключить формирование сигнала, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение 0 в правом верхнем углу панели инструментов.

7.4 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Analysis вверху окна, а затем анализ спектра Fourier в раскрывшемся меню.

7.5 Задать параметры анализа спектра: Output node - номер контрольной точки, в которой исследуется спектр; Fundamental frequency - параметр, соответствующий частоте 100 Гц; Number harmonics - количество гармоник - 140; Vertical scale - масштаб по вертикали, линейный - linear.

7.6 Нажать функцию Simulate и подождать появления спектральной диаграммы амплитуд. Установить развернутый вид появившегося маленького окна, нажав левой клавишей манипулятора мышь функцию (развернуть) в правом верхнем углу окна.

7.7 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Toggle Cursors в правом верхнем углу окна. Измерить амплитуды спектральных составляющих с помощью визирных линий и таблицы. Визирную линию перемещать за черный треугольник вверху ее на спектральную составляющую. Записывать значение х1 - частоты, у1 - амплитуды спектральной составляющей из таблицы «Magnitude, V» в отчет.

7.8 Зарисовать спектральные диаграммы в отчет, указав значения всех спектральных составляющих. Сделать выводы.

8 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

9 Сделать выводы.

10 Выключить оборудование.

11 Составить отчет по работе.

Содержание отчета

1 Наименование и цели работы.

2 Перечень программного и аппаратного обеспечения.

3 Исходные данные для измерений (рисунок 6.1).

4 Результаты измерений, вычислений и наблюдений пп. 5 - 7.

5 Выводы по работе.

6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

Контрольные вопросы

1 Поясните схему формирования сигналов с ОФМн (рисунок 6.1).

2 Какой метод формирования сигналов с ОФМн используется в данной лабораторной работе?

3 Укажите параметры манипулирующего сигнала.

4 Каково положение несущего колебания в спектре ФМн и ОФМн сигналов?

5 Какова ширина спектра ФМн и ОФМн сигналов?

6 Укажите фазовый сдвиг, полученный в манипулированном сигнале работы.

7 Как изменялась амплитуда несущего колебания при ОФМн?

8 Как измерить частоту несущего колебания по временной и по спектральной диаграммам?

9 В каких системах связи может использоваться ОФМн?

Содержание зачета

Учащийся должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, и анализировать результаты измерений.

Литература

1 Шинаков Ю. С., Колодяжный Ю. М. Теория передачи сигналов электросвязи. - М.: Радио и связь, 1989. - 288 с.

2 Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. - М.: Солон-Р, 1999. - 253 с.

3 Панфилов И. П. Дырда В. Е. Теория электрической связи. - М.: Радио и связь, 1991. - 362 с.

Краткие теоретические сведения.

Дискретная модуляция (манипуляция) - это вид аналоговой модуляции, при которой в качестве информационного сигнала используется дискретный двоичный сигнал.

Различают абсолютную ФМн и относительную ФМн.

При фазовой манипуляции фаза несущего сигнала изменяется на 180⁰ при изменении амплитуды манипулирующего сигнала, т.е. при переходе с 1 на 0 и с 0 на 1.

Рисунок 6.3 - Временная диаграмма модулирующего и ФМн сигналов.

ФМн сигнал можно представить в виде суммы двух АМн сигналов, для получения первого из которых используется несущая , а второго - .

При ОФМн фаза несущего сигнала изменяется на 180⁰ лишь в момент подачи импульса, т.е. при переходе от 0 к 1 или от 1 к 1 (либо на 0).

Рисунок 6.5 - Временная диаграмма модулирующего и ОФМн сигнала.

Спектр ОФМн сигнала подобен спектру ФМн сигнала.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица А.1 - Международный телеграфный код МТК-2

Номер комбинации	Регистры	Элементы комбинации
	Русский	Латинс- кий	Цифро- вой	1	2	3	4	5
1	Т	Т	5	0	0	0	0	1
2	Возврат каретки	0	0	0	1	0
3	О	О	9	0	0	0	1	1
4	Пробел	0	0	1	0	0
5	Х	H	Щ	0	0	1	0	1
6	Н	N	,	0	0	1	1	0
7	М	M	.	0	0	1	1	1
8	Перевод строки	0	1	0	0	0
9	Л	L	)	0	1	0	0	1
10	Р	R	Ч	0	1	0	0	1
11	Г	G	Ш	0	1	0	1	1
12	И	I	8	0	1	1	0	0
13	П	P	0	0	1	1	0	11
14	Ц	C	:	0	1	1	1	0-
15	Ж	V	=	0	1	1	1	1
16	Е	E	3	1	0	0	0	0
17	З	Z	+	1	0	0	0	1
18	Д	D	Кто там?	1	0	0	1	0
19	Б	B	?	1	0	0	1	1
20	С	S	`	1	0	1	0	0
21	Ы	Y	6	1	0	1	0	1
22	Ф	F	Э	1	0	1	1	0
23	Ь	X	/	1	0	1	1	1
24	А	A	-	1	1	0	0	0
25	В	W	2	1	1	0	0	1
26	Й	J	Ю	1	1	0	1	0
27	Цифровой регистр	1	1	0	1	1
28	У	U	7	1	1	1	0	0
29	Я	Q	1	1	1	1	0	1
30	К	K	(	1	1	1	1	0
31	Латинский регистр	1	1	1	1	1
32	Русский регистр	0	0	0	0	0

Размещено на Allbest.ru

...