Амплитудная модуляция и детектирование АМ (1075485), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

m=2*(Umб/Um)

Если Ам-модулятор является не идеальным, то при тональной модуляции в спектре выходного напряжения появляются дополнительные боковые частоты (f n*F), где n=2,3,4… . Не идеальность работы АМ-модулятора оценивают коэффициентом нелинейных искажений Kn, который определяют как

г
де Umбn – амплитуды спектральных боковых компонент с частотами (f n*F), где n=2,3,4… .

Поэтому дальнейшие исследования работы АМ-модулятора проводятся с вычислением спектра выходного напряжения. Для этого корректируется задание параметров на проведение анализа Transient, где заказывается общее время расчета равное точно периоду T_M=1/F_M модулирующего напряжения и вызывается функция HARM для выходного напряжения V(out). Для удобства обработки данных создавайте числовой файл по спектральному составу выходного напряжения («утопите» пиктограмму, расположенную слева от номера графика HARM). Пример заполнения параметров анализа Transient приведен на рис. 9, а соответствующий результат на рис. 10.

Р
ис. 9. Задание параметров проведения анализа Transient с определением спектра выходного напряжения.

Р
ис. 10. Осциллограмма и спектр выходного напряжения АМ-модулятора.

При автоматическом выборе масштаба построения графиков оказывается, что графическое представление спектрального состава выходного напряжения является «не читаемым» (cм. рис. 10). Поэтому после первого расчета, при котором определены масштабы для напряжений, повторите расчет при вашем задании диапазона изменения частот при представлении спектрального состава выходного напряжения. Для этого в окне Auto Scale Ranges панели Transient Analysis Limits снимите галочку, а в окне X range на строке, где расположена функция HARM, укажите диапазон желаемый частот. Помните, что в МС7 ввод данных проводят по принципу: верхняя величина (например, f+10*F), нижняя величина (например, f-10*F), шаг по частоте построения сетки (например, 2*F). Все величины вводятся через «зпт», без пропуска. Проделав такую операцию, получите «читаемые» результаты расчета, как показано на рис. 11. На данных результатах с помощью пиктограмм Cursor Mode, Peak, Go to X и стрелок (вправо, влево) укажите координаты максимальной и минимальной амплитуд высокочастотных колебаний на осциллограмме выходного напряжения V(out), а с помощью пиктограммы Tag Mode величины спектральных его компонент.

Рис. 11. Осциллограмма выходного напряжения и его спектр.

Б
олее подробно получить данные по спектральному составу можно, если по окончанию расчета обратится к числовому файлу (F5). В нижней его части приводится «распечатка» расчета спектра с количеством точек, указанных в окне Number of Points панели Transient Analysis Limits. Необходимая часть для расчета коэффициента модуляции и коэффициента нелинейных искажений приведена на рис. 12.

Рис. 12. Числовые данные по спектральному составу выходного напряжения АМ-модулятора.

По результатам проведенного анализа Transient для выходного напряжения модулятора, когда на входе амплитуда модулирующего напряжения имело некую заданную величину (в данном примере 3 В.), можно вычислить полученный коэффициент модуляции m и коэффициент нелинейных искажений.

По осциллограмме выходного напряжения коэффициент модуляции равен

m=(4.578-1.502)/(4.578+1.502)=0.5059

по результатам числового файла

m= (2*0.772)/3.055=0.5054 Kn=0.010/0.772=0.0129=1.29%

Как следует из приведенного примера, определение коэффициента модуляции m по осциллограмме и по спектру практически дают одну и ту же величину. Однако, знание спектрального состава позволяет оценить количественно вносимые искажения в выходное напряжение АМ-модулятором

Данные исследования следует провести, изменяя амплитуду модулирующего напряжения от 0 до 6 В с шагом 1 – 2 В. По их результатам строятся зависимости изменения коэффициента модуляции и коэффициента нелинейных искажения от амплитуды модулирующего напряжения.

Часть 2. Диодный детектор АМ-сигналов.

Для исследования работы диодного детектора АМ-сигнала соберите на рабочем поле МС7 схему, представленную на рис. 2.1 либо вызовете файл АМ-детектор.CIR.

Рис. 2.1. Принципиальная схема диодного детектора АМ-сигналов.

В МС7 генераторы типа NF, обозначенный на рис. 2.1 как Е1, являются функциональными генераторами, выходное напряжение которых задается функциональными зависимостями во времени. Для вызова такого генератора на рабочее поле МС7 необходимо пройти путь: Component – Analog Primitives – Functions Sources – NFV. После отпускания левой мыши на экране появляется панель, на которой в окне Value записывается требуемая функциональная зависимость изменения во времени выходного напряжения. Для получения амплитудно модулируемого напряжения дополнительно на рабочее поле вводятся генератор несущих колебаний V1 под названием Fn и два генератора модулирующего напряжения: с тональной частотой V2 под названием Fm и импульсный V3, генерирующий прямоугольные импульсы.

При назначении параметров генераторов V1 и V2 их частоты должны быть назначены согласно техническому заданию на данную лабораторную работу (для V1 – fn и для V2 – F_M). Поэтому, если для генератора NF записать функциональную зависимость в виде

V(X)*(1+V(Y))

где обозначение узлов X и Y будут соответствовать выходным клеммам генератора несущих колебаний (Х) и модулирующего напряжения (Y), то выходное напряжение генератора NF будет являться АМ-сигналом. При этом амплитуда генератора V1 представляет собой амплитуду несущих колебаний, а амплитуда V2 (либо V3) – коэффициент модуляции АМ-сигнала. Поэтому при задании амплитуды V2 она не должна превышать 1 В.

Резистор Rg выполняет роль внутреннего сопротивления генератора амплитудно модулируемого напряжения (примите равным 100 Ом). Все реальные генераторы имеют конечное внутреннее сопротивление, а в МС7 внутреннее сопротивление генераторов напряжения менее 1 Ома. Исследование проводится на типе диода, указанном в техническом задании. Сопротивление нагрузки Rn для всех вариантов принимается равным 10 кОм. Величина емкости Cn выбирается из условия

Tn=1/fn < Cn*Rn < T_M =1/F_M

где fn – частота несущих колебаний, F_M – частота модулирующего напряжения.

Резисторы R1, R2 и R3 выполняют технологическую роль, замыкая цепи генераторов, их сопротивление может быть принято равным 1 МОм.

2.1. Получить характеристику детектирования амплитудного диодного детектора.

Под характеристикой детектирования принимают зависимость изменения приращения постоянного выходного напряжения от изменения амплитуды гармонического входного высокочастотного напряжения, т. е. в отсутствии модуляции. Поэтому для получения характеристики детектирования следует на схеме амплитуду модулирующего напряжения принять равным нулю. Используйте многовариантный анализ Transient, где в качестве параметра многовариантного анализа примите амплитуду высокочастотного напряжения V1.

Анализ проводите в два этапа: на первом этапе задайте изменение амплитуды высокочастного напряжения от 0 до 1 В. с шагом 0.2 В., а на втором этапе – от 1 В. до 6 В. с шагом 1 В. Время проведения анализа выберете равным 10*Tn, шаг расчета – Tn/100. Закажите построение осциллограмм входного V(int) и выходного V(out) напряжений детектора. Типичное заполнение панели Transient Analysis Limits представлено на рис. 2.2.

Р
ис.2.2а. Параметры проведения анализа Transient для получения характеристики детектирования.

Р
ис. 2.2б. Параметр многовариантного анализа для проведения первого этапа по получению характеристики детектирования.

Результаты проведения такого анализа Transient показаны на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Результаты первого этапа проведения анализа Transient для получения характеристики детектирования в области малых напряжений.

Используя пиктограмму Cursor Mode (F8), по результатам анализа получите зависимость выходного напряжения V(out) от амплитуды входного напряжения V(int). При использовании пиктограммы Cursor Mode амплитуда высокочастотного напряжения объявляется в заголовке графиков, а соответствующая осциллограмма выходного (входного) напряжения выделяется цветом. Так как выходное напряжение является пульсирующим, то за выходное напряжение принимайте среднюю его величину. Так по рис. 2.3 можно принять, что при амплитуде входного высокочастотного напряжения 800 мВ напряжение на выходе детектора равно 279 мВ.

После проведения первого этапа анализа Transient проведите второй для измерения характеристики детектирования при изменении амплитуды входного напряжения от 1 В. до 6 В.

По результатам анализа постройте характеристику детектирования и определите по ней диапазон изменения амплитуды входного напряжения, на котором характеристика линейна.

2.2 Исследовать работу диодного детектора в динамическом режиме.

Для исследования работы диодного детектора в динамическом режиме на его вход подается АМ-сигнал с тональной модуляцией на заданной частоте F_М при различных коэффициентах модуляции m. При этом следует получить зависимости изменения низкочастотной амплитуды выходного напряжения и коэффициента нелинейных искажений от коэффициента модуляции АМ-сигнала. Амплитуда несущих колебаний и их частота должны соответствовать величинам, соответствующим техническому заданию на данную лабораторную работу.

Первоначально убедитесь, что Вами правильно выбрана емкость конденсатора Сn нагрузки. Подайте на вход детектора амплитудно- модулируемое напряжение с коэффициентом модуляции m=0.5, для чего на рабочем поле для генератора V2 назначьте амплитуду напряжения 0.5 В. Обратитесь к анализу Transient и закажите общее время анализа равным 2*Т_М с сохранением шага расчета Tn/100. Просмотрите по результатам анализа осциллограммы входного выходного напряжений детектора. Типичный вид осциллограмм показан на рис. 2.4.

Рис. 2.2. Осциллограммы входного V(int) и выходного V(out) напряжений диодного детектора.

Убедившись, что форма выходного напряжения повторяет форму огибающей входного, просмотрите их спектры. Как известно, для получения спектра сигнала в МС7 используется функция HARM и при ее использовании назначают общее время анализа точно равным периоду исследуемого сигнала, в данном случаи Т_М . В этом случаи панель заказа параметров на проведения анализа Transient будет иметь вид, как показано на рис. 2.3а, а полученные решения – на рис. 2.3б.

Рис. 2.3а. Панель заказа параметров проведения анализа Transient c определением спектров входного и выходного напряжений.

Рис. 2.3б. Осциллограммы и спектры входного и выходного напряжений детектора.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы