Методические указания к выполнению лабораторных работ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Методические указания к выполнению практических занятий

 

Санкт-Петербург

2010

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра радиотехники

 

 

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ

 

 

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

 

 

Информационные ресурсы дисциплины

 

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Методические указания к выполнению практических занятий

 

 

Институт радиоэлектроники

Специальность

210302.65 – радиотехника

 

Направление подготовки бакалавра

210300.62 - радиотехника

 

Санкт-Петербург

Издательство СЗТУ
2010

Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 621.396.6:681.3

 

Радиотехнические цепи и сигналы: учебно-методический комплекс (информационные ресурсы дисциплины: методические указания к выполнению лабораторных работ, методические указания к выполнению практических занятий) / сост.: С.И. Малинин, В.С. Токарев. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2010. - 82 с.

 

Данная методическая разработка соответствует требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования.

Методические указания к выполнению лабораторных работ, методические указания к выполнению практических занятий являются составной частью раздела «Информационные ресурсы дисциплины» учебно-методического комплекса и содержат описание лабораторных работ, методические указания к выполнению практических занятий, порядок их выполнения и требования к оформлению отчетов.

 

 

Рассмотрено на заседании кафедры радиотехники, 05.11.2009; одобрено методической комиссией Института радиоэлектроники 12.11.2009.

 

 

Рецензенты: кафедра радиотехники СЗТУ (зав. кафедрой Л.Я. Родос, канд. техн. наук, проф.); В.Д. Лиференко, д-р техн. наук, проф. кафедры промышленной электроники СЗТУ.

 

 

Составители: С.И. Малинин, канд. техн. наук, доц.,

                    В.С. Токарев, канд. техн. наук, доц.

 

 

 

 

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2010

© Малинин С.И.,Токарев В.С., 2010

Охрана труда и ТБ

 

При выполнении работ должны соблюдаться правила техники безопасности при работе с электронными приборами и персональным компьютером. После окончания лабораторной работы студенты должны выключить все электронные приборы либо блоки ПК.

ДОТ

 

При выполнении лабораторных работ с использованием ДОТ реальные макеты заменяются имитационным моделированием на ПК. Студенты, использующие ДОТ, могут выполнять лабораторные работы самостоятельно на ПК с помощью системы схемотехнического моделирования Micro-Cap 7-9. Демонстрационную версию этой программы и ее описание можно получить свободно в сети Интернет. Файлы описания схем для лабораторных работ в формате системы Micro-Cap размещены на сайте ДОТ.

 

Библиографический список

     Основной:

1. Баскаков, С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник/ С.И. Баскаков. – М.: Высш. шк., 2003.

 

     Дополнительный:

 

2. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник/ И.С. Гоноровский. – М.: Радио и связь, 1986.

 

 

Лабораторная работа 1

Лабораторная работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЙ И ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ ЦЕПЕЙ

1. Цель работы

       Экспериментальное исследование преобразований форм прямоугольных импульсов с помощью дифференцирующей и интегрирующей цепей.

Лабораторная работа 3

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ПЛОТНОСТЕЙ ВЕРОЯТНОСТИ ЗНАЧЕНИЙ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

 

  1. Цель работы

      

 Исследование одномерных функций распределения вероятностей и плотностей вероятностей значений случайных сигналов.

Методика выполнения работы

 

1. Подготовить установку к измерениям. На осциллографе С1–83 (I) установить коэффициент развертки 0,1 с/дел, коэффициент отклонения 0,2 В/дел. Включить осциллографы и экспериментальную установку. В установке выключить все генераторы (ручки тумблеров — вниз), что соответствует нулевому сигналу на входе измерителя функции распределения; тумблер «Функция распределения» — в положение F (U). На экране С1–83 (I) появится изображение ступенчатой функции

                                         

Регулировкой смещения и коэффициента отклонения осциллографа установить изображение так, чтобы скачок находился в центре экрана и величина скачка была равна 3–4 см.

2. Откалибровать изображение на экране С1–83 (I). Включить генератор треугольного сигнала № 4 (ручка тумблера — вверх). На экране С1‑83 (I) переход от F (U) = 0 к F (U) = 1 будет иметь вид наклонной линии (см. рис. 3.3, в). Точки излома соответствуют минимальному  и максимальному  значениям треугольного сигнала. Измерить расстояние по горизонтали между точками излома — L, дел. На экране осциллографа С1‑83 (II) получить изображение треугольного сигнала (см. рис. 3.3, а) и измерить его размах , В. Масштаб по горизонтали для изображения на экране осциллографа С1–83 (I) равен , В/дел. Данный масштаб является одинаковым для всех получаемых в дальнейшем графиков функций распределения F(U) и плотностей вероятности p(U).

Переключатель «Функция распределения» в установке перевести в положение «p (U)». На экране С1–83 (I) появится П-образное изображение, соответствующее равномерному распределению вероятности, характерному для треугольного сигнала (см. рис. 3.3, б).

Если изображение по вертикали занимает D L делений, то масштаб изображения p (U) по вертикали составит , (В×дел)^–1. Данный масштаб является одинаковым для всех получаемых в дальнейшем графиков плотностей вероятности p(U).

Определять вертикальный масштаб для графиков функций распределения нет необходимости — он очевиден благодаря предельным свойствам функций распределения (  и ).

В дальнейшем коэффициент отклонения осциллографа C1–83 (I) не изменять.

3. Исследовать функции распределения и плотности вероятностей мгновенных значений для следующих сигналов:

Ø гармонического сигнала № 4 при двух значениях его амплитуды;

Ø треугольного сигнала № 4 при двух значениях его амплитуды;

Ø гауссовского шума при двух значениях его дисперсии;

Ø рэлеевского шума при нулевом и ненулевом значениях амплитуды детерминированного сигнала.

Указанные варьируемые параметры выбрать самостоятельно таким образом, чтобы на графиках было хорошо заметно их влияние на форму функции распределения и плотности вероятности.

Исследование производится следующим образом. В исходном положении все генераторы выключены. Включить генератор исследуемого сигнала. По изображению сигнала на экране С1–83 (II) убедиться, что включен требуемый сигнал. По изображению на экране С1–83 (II) или по вольтметру, подключенному к выходу «Форма сигнала» установки (параллельно входу осциллографа), определить диапазон регулировки уровня исследуемого сигнала (амплитуду для гармонического и треугольного сигналов, эффективное значение для шумов). В этом диапазоне выбрать два значения уровня исследуемого сигнала и для каждого из них зарисовать с экрана С1–83 (I) изображения функций p (U) и F (U) с учетом ранее определенных масштабов по осям.

4. Исследовать сходимость к гауссовскому закону распределения суммы независимых случайных сигналов. Выяснить, для какого из двух исходных законов распределения — равномерного (треугольный сигнал) или вида  (гармонический сигнал) — характерна более быстрая сходимость.

Для суммы гармонических сигналов исследование производится следующим образом. В исходном положении все генераторы выключены. Включить генератор синусоидального сигнала № 1 и зарисовать график функции распределения F(U). Затем, не выключая генератор этого сигнала, включить генератор синусоидального сигнала № 2 и зарисовать график функции распределения F(U) для суммы двух синусоидальных сигналов. Далее поочередно дополнительно включить генераторы синусоидальных сигналов № 3 и № 4, каждый раз зарисовывая графики функции распределения суммарного сигнала.

Для суммы треугольных сигналов исследование производится аналогичным образом.

Содержание отчета

 

Отчет по работе должен включать в себя следующее:

1. Результаты определения масштабов графиков согласно п. 2;

2. Графики функций распределения и плотностей вероятностей значений сигналов, исследованных в п. 3;

3. Анализ соответствия графиков, полученных в п. 3, теоретическим результатам (выражения (3.3)–(3.7)) [4];

4. Графики функций распределения для последовательных сумм синусоидальных и треугольных сигналов согласно п. 4;

5. Вывод о скорости сходимости распределения вероятности суммы независимых случайных сигналов к гауссовскому закону.

 

Литература: [1], с. 149-156; [2], с. 165-169

 

Лабораторная работа 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ
НА ОСНОВЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ

 

1. Цель работы

 

Изучение частотно-избирательных цепей на основе колебательных контуров. Последовательный и параллельный колебательные контуры часто используются в качестве основного элемента линейных частотно-избирательных цепей (фильтров, резонансных усилителей и т. п.). К основным характеристикам линейных цепей относятся импульсная характеристика h (t)и комплексный коэффициент передачи (частотная характеристика) . В исследуемых цепях вид этих характеристик полностью определяется резонансной частотой  и добротностью Q контуров, а связь между ними — преобразованиями Фурье.

Исследуются временные и частотные характеристики колебательных контуров, влияние на них активных потерь, взаимосвязь временных и частотных параметров контуров.

Лабораторная работа 5

 

МОДУЛИРОВАННОГО КОЛЕБАНИЯ

Лабораторная работа 6

Лабораторная работа 7

Лабораторная работа 8

Цель работы

 

Исследование влияния обратной связи (ОС) на коэффициент передачи и частотные характеристики активного радиотехнического устройства. Рассматриваются влияние обратной связи на формирование АЧХ и ФЧХ устройства и ослабление нелинейных искажений и помех с помощью отрицательной обратной связи (ООС).

 

Лабораторная работа 9

Лабораторная работа 10

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

1. Цель работы

 

   Исследование процессов при амплитудной модуляции и основных характеристик модулятора.

 

2. Основные теоретические положения

 

   Амплитудно-модулированный (АМ) сигнал получается при совместном воздействии высокочастотного (модулируемого) и низкочастотного (модулирующего) сигналов на нелинейную или параметрическую систему. Основная задача модулятора - обеспечить изменение модулируемого параметра высокочастотного сигнала в соответствии с законом изменения модулирующего напряжения.

   Для получения хороших энергетических показателей модулятор обычно строят на основе нелинейного резонансного усилителя. В работе исследуется модулятор, собранный на транзисторе (рис. 10.1). Режим работы нелинейного резонансного усилителя зависит от выбора рабочей точки транзистора U _б0 и амплитуд сигналов, подаваемых на модулятор (U _maxw, U _maxW). В исследуемом модуляторе модулирующий сигнал синусоидальной формы подается на базу транзистора и изменяет напряжение смещения на базе. Для оценки качества модулятора используются статические и динамические модуляционные характеристики.

 

                                          Рис. 10.1

 

    Статической модуляционной характеристикой называют зависимость первой гармоники коллекторного тока I _к1 транзистора (или напряжения на контуре U _кmax) от напряжения смещения на базе транзистора U _б0 при постоянной амплитуде высокочастотного сигнала на входе транзистора. Она снимается при отсутствии модулирующего напряжения.

   Динамической модуляционной характеристикой называют зависимость коэффициента модуляции напряжения на контуре m % от амплитуды модулирующего напряжения U _maxW.

   Модуляционные характеристики позволяют выбрать положение рабочей точки транзистора и диапазон изменения амплитуды модулирующего сигнала, при которой искажения огибающей АМ сигнала будут наименьшими.

 

3. Описание лабораторной установки

 

Исследование выполняют на макете, описанном в работе 9 (см. рис. 9.3).

В качестве исследуемой схемы используется нелинейный усилитель (тумблер Т2 - в положении 1). Высокочастотное напряжение от генератора высокой частоты (ГВЧ) подается на гнезда Г1, а низкочастотное модулирующее напряжение от генератора колебаний низкой частоты (ГНЧ) - на гнезда Г2. Напряжения на выходах ГНЧ и ГВЧ измеряются по вольтметру, подключаемому к макету. При этом надо учитывать, что вольтметр В3-38 показывает действующее значение напряжения U _д для сигнала синусоидальной формы, т. е. чтобы установить заданное амплитудное значение сигнала U _max на выходе ГВЧ или ГНЧ, надо рассчитать соответствующее ему действующее значение напряжения и установить его по вольтметру (для сигнала синусоидальной формы U _max=1,4 U _д).

 

4. Методика выполнения работы

 

Работа выполняется в следующей последовательности:

1. Подключить ГВЧ к гнездам Г1, ГНЧ - к гнездам Г2, электронный вольтметр - к гнездам Г4, осциллограф - к гнездам Г5. Включить питание приборов и макета.

2. Исследовать зависимость режима работы усилителя от выбора рабочей точки. Для этого:

а) настроить генератор на частоту f _c, равную резонансной частоте контура f _р: по вольтметру блока питания установить U _б0=0,8 В; на выходе ГВЧ получить сигнал с амплитудой 0,1 В, напряжение контролировать по вольтметру, подключаемому к гнездам Г1 (положение Г1 переключателя "Вольтметр" на функциональном блоке); на макете тумблер Т1 поставить в положение 1; изменяя частоту сигнала ГВЧ, добиться максимальных показаний вольтметра, подключенного к контуру (положение А переключателя "Вольтметр" на функциональном блоке);

б) получить на выходе ГВЧ немодулированный сигнал с U _maxw=0,1 В, f _c= f _р; на выходе ГНЧ - сигнал с U _maxW=10 мВ, F =1 кГц. Установить на макете U _б0@0,55 - 0,65 В, соответствующее нелинейному участку характеристики транзистора (см. рис. 9.4). Зарисовать осциллограммы напряжений на гнездах Г1, Г2 и на нагрузке нелинейного усилителя, когда нагрузкой являются: контур и резистор (переключатель "Осциллограф" ставится в положения Г1, Г2 и А);

в) повторить п. "б", установив на макете напряжение U _б0@0,8 - 1,0 В, соответствующее линейному участку характеристики транзистора (см. рис. 9.4).

3. Снять статическую модуляционную характеристику U _кmax= f (U _б0) при действии на входе усилителя высокочастотного сигнала с f _c= f _р и амплитудами: а) U _бmax= U _maxw=0,7 В; б) U _бmax= U _maxw=0,4 В. На выходе ГНЧ установить U _maxW=0. Напряжение на выходе ГВЧ измерять при переключателе "Вольтметр" в положении Г1, на выходе ГНЧ - в положении Г2, а напряжение на контуре U _кmax - в положении А. Тумблер Т1 на макете должен находиться в положении 1. Напряжение смещения U _б0 изменять через 0,1 В.

4. Снять динамическую модуляционную характеристику m %= f (U _W) при следующих значениях: а) U _бmax= U _maxw=0,7 В; б) U _бmax= U _maxw=0,4 В. Для этого:

а) на выходе ГВЧ получить сигнал с f _c= f _р и U _бmax=0,7 В (0,4 В);

б) на макете установить U _б0, соответствующее середине нарастающего линейного участка статической модуляционной характеристики, снятой при выполнении п.3; на выходе ГНЧ получить сигнал с F =1 кГц, амплитуду сигнала U _maxW изменять от нуля до значения, при котором на выходе модулятора будет получен сигнал с коэффициентом модуляции, близким к 100 %;

в) измерить напряжения на выходах ГВЧ и ГНЧ при положениях переключателя "Вольтметр" соответственно Г1 и Г2;

г) рассчитать коэффициент модуляции сигнала на выходе модулятора m% по формуле

 

                                         ,                                   (10.1)

 

где А и Б - соответственно наибольший и наименьший по вертикали размеры изображения АМ сигнала на экране осциллографа (переключатель "Осциллограф" в положении А).

 

 5. Содержание отчета

 

1. Принципиальная схема исследуемого модулятора.

2. Результаты экспериментальных исследований (осциллограммы, таблицы).

3. Графики статических и динамических модуляционных характеристик.

4. Выводы и оценки результатов экспериментов.

 

Литература: [1], с. 283 – 286; [2], с. 296-300

 

 

Лабораторная работа 11

Лабораторная работа 12

Практическое занятие № 1

Практическое занятие № 2

Сигналов

1. Определить корреляционную функцию прямоугольного импульса.

 

 

 . Для , .

 

Найти автокорреляционную функцию (АКФ).

Аналогично для  можно использовать четность

2. Определить корреляционную функцию пилообразного импульса.

 

. 

 

Найти АКФ.

 

 

         .

3.Определить корреляционную функцию экспоненциального импульса

 

.

 

Найти АКФ.

Литература: [1] с. 73 – 79; [2], с. 79 - 84

Практическое занятие № 3

Практическое занятие № 4

Содержание

 

 

3.5. Методические указания к выполнению лабораторных работ                                        3

  Общие указания                                                                                                                  3

    Лабораторная работа 1. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ                    ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЕЕ ПРОХОЖДЕНИЯ ЧЕРЕЗ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР                        5

  Лабораторная работа 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЙ И ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ ЦЕПЕЙ                                                                                                  9

  Лабораторная работа 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ПЛОТНОСТЕЙ ВЕРОЯТНОСТИ ЗНАЧЕНИЙ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ                  12

  Лабораторная работа 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ НА ОСНОВЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ                22

  Лабораторная работа 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОХОЖДЕНИЯ AMПЛИТУДНО-

МОДУЛИРОВАННОГО КОЛЕБАНИЯ ЧЕРЕЗ ОДИНОЧНЫЙ

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР                                                                                                31

  Лабораторная работа 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОХОЖДЕНИЯ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ ЧЕРЕЗ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР                35 

  Лабораторная работа 7. СИНТЕЗ СИГНАЛОВ ПО ДИСКРЕТНЫМ

ОТСЧЕТАМ КОТЕЛЬНИКОВА                                                                                            37

  Лабораторная работа 8. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ                                                                                                         42 

  Лабораторная работа 9. НЕЛИНЕЙНОЕ РЕЗОНАНСНОЕ УСИЛЕНИЕ

И УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ                                                                                                 50

  Лабораторная работа 10. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ                                       56

  Лабораторная работа 11. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-

МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА                                                                                     59

  Лабораторная работа 12. ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОГЕНЕРАТОРА

ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ                                                                                      62

3.6. Методические указания к выполнению практических занятий                                    67

  Практическое занятие № 1. Определение спектральной плотности

для различных сигналов                                                                                                           68                               

  Практическое занятие № 2. Определение корреляционных функций

для детерминированных сигналов                                                                                          74

  Практическое занятие № 3. Определение параметров АМ- сигналов                         75

  Практическое занятие № 4. Синтезирование фильтров низкой частоты

с помощью активных цепей                                                                                                     78 

 

 

Малинин Сергей Иванович

 

Токарев Владимир Семенович

 

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ