Краткое описание лабораторного стенда

Рис.1. Общий вид лабораторной установки

Стенд содержит ряд функциональных узлов, моделирующих функ­циональную схему систем связи, а также все необходимые источники сигналов и измерительные приборы, а именно (слева направо):

•источники сигналов;

• блоки КОДЕР-1, АЦП и сумматор;

•сменные блоки (в середине стенда), содержащие исследуемые функциональные узлы, гнезда контрольных точек, необходимые органы управления и индикации;

•светодиодные табло переданного и принятого сообщений, ЦАП и блок контроля ошибок;

•блок индикации, в котором расположены измерительные приборы постоянного и переменного напряжений, а также движковый потенцио­метр напряжения смещения.

В блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ представлены:

•гармонические сигналы с частотами 1, 2 и 110 кГц* с регуляторами выхода (0-1,5 В);

* Точные значения этих частот зависят от номинала кварцевого резонатора, используемого в данной модификации стенда.

•амплитудный модулятор с несущей частотой 110 кГц и частотой модуляции 1 кГц. Уровень несущей и глубина модуляции (т) регулиру­ются в пределах 0-1,5 В и 0-1 соответственно;

•генератор шума (ГШ) с регулировкой выходного сигнала (квазибе­лый шум в полосе не менее 10 Гц— 100 кГц);

•импульсные сигналы тактовой (С1) и цикловой (С2) синхрониза­ции. Для С1 период Т=450 мкс (тактовый интервал). Для С2 Т_ц=17 Т. Сигналы используются для внешней синхронизации осциллографа;

•гармонические сигналы F₁ и F₂, используемые для получения дис­кретных видов модуляции; F₁=27 кГц; F₂=18 кГц;

• - сигнал « -функции» - прямоугольной формы с длительно­стью t_и=5 мкс и периодом 17 Т; амплитуда не менее 5 В;

•S₁ - S₃ - сигналы сложной формы, состоящие из двух гармоник (ос­новная частота 2 кГц);

•S₄ - сигнал, состоящий из суммы первой и третьей гармоник с час­тотами 23 и 69 Гц (для исследования АЦП);

• U₁и U₂ — регулируемые источники постоянных напряжений (в пре­делах-10... +10 В);

•диапазонный низкочастотный генератор; имеет плавную и ступен­чатую регулировку выходного сигнала (0-5 В). Установка частоты (в пределах 20 Гц - 160 кГц) производится по встроенному частотомеру с цифровой индикацией.

Сигналы всех источников стенда (кроме ГШ и генератора НЧ) полу­чены от одного кварцевого генератора путем деления частоты и фильтра­ции. Это существенно упрощает наблюдение изучаемых сигналов на ос­циллографе.

В блоке КОДЕР-1 производится ручное формирование любой пятисимвольной комбинации с помощью микротумблеров. Набранная комби­нация индицируется на светодиодном табло с надписью ПЕРЕДАНО. (Такое же табло, но с надписью ПРИНЯТО, расположено над обозначе­нием ДЕКОДЕР-1.)

Блок АЦП является КОДЕРОМ-1 для аналоговых сигналов. На вход 1 блока АЦП подается входной аналоговый сигнал, вход 2 («открытый вход») служит для снятия статической характеристики А-Ц преобразо­вания. Нижнее гнездо S(k t)служит для наблюдения за отсчетами пре­образуемого сигнала, причем могут быть использованы две частоты дис­кретизации F_д1= 125 Гц или F_д2 ⁼2,3 кГц, переключаемые тумблером. Кнопочный переключатель РАЗРЯДНОСТЬ позволяет получить число разрядов АЦП 3, 4 и 5. При отжатых кнопках происходит восьмиразряд­ное кодирование.

Блок ЦАП имеет один вход и два выхода. На выходе 1 формируется ступенчатый сигнал в соответствии с выбранной в АЦП разрядностью и частотой дискретизации. На выходе 2 формируется выходной сигнал по­сле сглаживающего фильтра. Тумблер «О V τ», расположенный ниже ЦАП, служит для компенсации задержки на τ, вносимой демодулятором. При непосредственном соединении блоков АЦП и ЦАП тумблер должен быть в положении «0», а при включении между ними модулятора и де­модулятора — в положении «τ».

Блок контроля ошибок предназначен для фиксации ошибок в «сис­теме связи». Сигналы ошибок с выхода этого блока подсчитываются на ПК за определенное время наблюдения, и рассчитывается оценка вероят­ности ошибки. Сигналы ошибок в символе — положительные импульсы прямоугольной формы длительностью около 200 мкс - формируются только для первых пяти символов последовательности (информацион­ных).

Длительность сигнала ошибки в «букве», т. е. в пятисимвольной ин­формационной посылке, определяется положением первого ошибочно принятого символа и моментом окончания 5-го символа.

Ниже блока контроля ошибок расположены гнезда входов ПК с по­тенциометрами, регулирующими уровень сигналов, подаваемых на ПК. Связь стенда с ПК осуществляется через экранированный кабель, закан­чивающийся разъемом, который должен быть включен на вход звуковой платы ПК.

В настоящее время стенд комплектуется пятью сменными блоками:

1. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ. Блок содержит полевой транзистор с нагрузкой в цепи стока в виде резистора или колебательного LC контура. Частота резонанса контура - около 15 кГц. Блок позволяет подробно изучать такие преобразования в радио­технике, как изменение формы и спектра сигналов нелинейной безынер­ционной цепью, нелинейное резонансное усиление, умножение частоты, преобразование частоты, амплитудную модуляцию и детектирование AM сигналов.

2. ЧАСТОТНЫЙ МОДЕМ. Блок содержит частотный модулятор на RC генераторе с полевыми транзисторами в фазобалансной цепи и час­тотный детектор (ЧД) с симметрично расстроенными контурами. Моду­лятор ЧМ обеспечивает практически линейное изменение частоты в пре­делах 7-18 кГц. Характеристика детектирования ЧД имеет линейный участок не уже ±2 кГц относительно несущей частоты 14 кГц. Измерение частоты модулятора при снятии статической модуляционной характери­стики (СМХ) и наблюдение спектров модулированных колебаний производятся по анализатору спектра, реализованному программным методом на ПК.

Блок позволяет снять СМХ и характеристику детектирования, вы­брать оптимальные режимы модулятора и детектора, наблюдать осцилло­граммы и спектры ЧМ сигналов, прохождение сигналов через частотный модем.

3. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ СИГНАЛОВ ВО ВРЕМЕНИ (ТЕОРЕМА КОТЕЛЬНИКОВА). Блок содержит дискретизатор, переключатель фиксиро­ванных частот дискретизации (3, 6, 12, 16, 24 и 48 кГц) и три ФНЧ чет­вертого порядка на операционных усилителях. Особенностью блока яв­ляется выбор как частот сигнала, так и частот дискретизации, получен­ных от одного кварцевого генератора, что облегчает наблюдение на ос­циллографе дискретизированных сигналов.

4. АВТОГЕНЕРАТОРЫ. Блок содержит LC и RC автогенераторы с общей схемой прерывателя цепей обратной связи для изучения переход­ных процессов.

LC генератор собран на полевом транзисторе с трансформаторной обратной связью. Имеется возможность изменять знак обратной связи или вообще отключить ее. Частота генерации - фиксированная, около 20 кГц. Работает в режимах автоматического либо регулируемого сме­щения.

RC генератор собран на двухкаскадном резистивном усилителе с фазобалансной цепью. Предусмотрена возможность отключения цепи об­ратной связи, а также превращения схемы в мультивибратор. Частота ге­нерации регулируется сдвоенным потенциометром в пределах сотен Герц - единиц килогерц. Имеется ручная и автоматическая регулировка уси­ления (АРУ) К-цепи. Схема АРУ, включаемая отдельным тумблером, по­зволяет сохранить практически синусоидальную форму колебаний даже при попытке вручную изменить коэффициент усиления К-цепи.

Блок АВТОГЕНЕРАТОРЫ позволяет выполнять три лабораторные работы.

5. МОДУЛЯТОР-ДЕМОДУЛЯТОР. Блок содержит цифровой мани­пулятор, работающий в режимах AM, ЧМ, ФМ и ОФМ, «канал связи», представленный в виде сумматора с полосовым фильтром (ПФ) для по­дачи шума от ГШ, и демодулятор, собранный по схеме корреляционного приемника. Полосовой фильтр предназначен для ограничения полосы шума полосой частот, занимаемой спектром модулированных сигналов (10-35 кГц). Коэффициент передачи сумматора для сигнала - 0,5, для шума— 5.

На сменном блоке подробно раскрыта схема демодулятора: выведе­ны на контрольные точки (гнезда) напряжения опорных сигналов, выходы перемножителей, интеграторов, пороговые напряжения. Переключе­ние видов модуляции осуществляется кнопкой, расположенной около обозначения модулятора, и индицируется светодиодными индикаторами.

В блоке имеются также переключатель начальной фазы опорного колебания (ФМ и ОФМ), ручная установка порога (AM) и индикатор ошибки.

Блок позволяет изучать виды дискретной модуляции, наблюдать смесь сигнала и шума при определенном их соотношении, изучать прин­цип действия демодулятора при разных видах модуляции, измерять по­мехоустойчивость системы.

Сменные блоки крепятся к стенду четырьмя фасонными винтами; электрическое соединение осуществляется ленточными многожильными кабелями с разъемами. Разъемы имеют буквенную маркировку, состоя­щую из первых букв названия сменного блока. Замену сменных блоков следует производить только при отключенном питании стенда.

Для выполнения лабораторных работ кроме стенда предполагается использовать двулучевой (двухканальный) осциллограф и персональ­ный компьютер, к которому поставляется оригинальное программное обеспечение для выполнения ряда специальных измерительных и демон­страционных функций (двухканального анализа спектра, построения гис­тограмм, функций корреляции, вычисления оценки вероятности ошибок).

В соответствии с правилами техники безопасности корпуса стенда, осциллографа и компьютера должны быть соединены общим проводом, подключенным к общему проводу заземления лаборатории. Гнездо «┴» стенда расположено справа, на задней стенке.