Исследование амплитудно-модулированных сигналов

Лабораторная работа

 

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

1.1 Исследовать параметры несущего, модулирующего и амплитудно-модулированного сигналов.

1.2 Исследовать зависимость коэффициента амплитудной модуляции от амплитуды модулирующего колебания

 

 

2. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

 

3.1 Изучить по [2.1], [2.2] и [2.3] теоретические сведения об аналоговой амплитудной модуляции: математическую модель, параметры, состав спектра, виды сигналов с аналоговой амплитудной модуляцией.

3.2 Построить спектральную диаграмму амплитуд амплитудно-модулированного (АМ) сигнала, рассчитать ширину спектра АМ сигнала и коэффициент пропорциональности а_АМ, если амплитуда модулирующего колебания 1,5 В, математическая модель АМ сигнала имеет вид:

S_АМ(t)=0,6cos6,28·0,9(N+120)·10³t+3cos2π(N+120)·10³t+0,6cos2π·1,1(N+120)·10³t,

где N – номер записи фамилии студента по журналу.

3.3 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.

 

3. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

 

4.1 Дайте определение процессу аналоговой амплитудной модуляции.

4.2 Что такое несущее колебание?

4.3 Что такое модулирующий сигнал?

4.4 Сравните параметры несущего и модулирующего сигналов.

4.5 Как рассчитать коэффициент амплитудной модуляции через параметры несущего и модулирующего колебаний?

4.6 Какой физический смысл имеет коэффициент амплитудной модуляции?

4.7 Как определить коэффициент амплитудной модуляции по временной диаграмме?

4.8 Составьте математическую модель АМ сигнала. Как ее использовать для построения спектра АМ сигнала?

4.9 Приведите временную и спектральную диаграммы двухполосного АМ сигнала с большим уровнем несущей.

4.10 Какие существуют виды аналоговой амплитудной модуляции? Поясните отличие спектров этих сигналов.

4.11 Поясните состав спектра АМ колебания при модуляции сложным информационным сигналом с ограниченным спектром.

4.12 Как рассчитывается ширина спектра АМ сигнала?

 

4. ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

 

5.1 Универсальный лабораторный макет.

5.2 Осциллограф С1-67.

5.3 Соединительный кабель.

 

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

6.1 Ответить на вопросы программированного допуска.

6.2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с приборами и соединительными кабелями. Соблюдайте правила техники безопасности. Проверяйте наличие заземления устройств.

6.3 Подготовить к работе осциллограф, для этого:

6.3.1 Установить (переключить) тумблер "СЕТЬ" на передней панели осциллографа в верхнее положение и проконтролировать включение прибора по свечению индикатора.

6.3.2 Установить на осциллографе органы управления следующим образом:

- два переключателя "СИНХРОНИЗАЦИЯ" в положение "ВНУТР" и "+";

- переключатель "УСИЛИТЕЛЬ У" в положение "~";

- переключатель "Вольт/дел." в положение "1";

- тумблер "х1"-"х0,2" - в положение "х1";

6.3.3 Получить горизонтальную линию луча на экране осциллографа, вращая ручки потенциометров "СТАБ" и "УРОВЕНЬ", и установить ее на середину экрана с помощью потенциометров "↔" "Грубо", "Плавно" и "↕".

6.3.4 Установить с помощью потенциометров "Яркость" и "Фокус" тонкую удобную для наблюдения линию луча на экране осциллографа.

6.4 Подготовить к работе универсальный лабораторный макет (в дальнейшем – макет), для этого:

6.4.1 Установить на передней панели макета переключатели S 1, S 2 и S 3, соответственно, в положения "2", "2" и "1"; ручку потенциометра R 1 - в 2/3 крайнего левого положения, ручку потенциометра R3 - в среднее положение.

6.4.2 Собрать схему исследования (рисунок 1), подключив гнездо ВЫХ 1 макета к гнезду У осциллографа.

 

6.4.3 Установить на макете тумблер "СЕТЬ" в положение «ВКЛ».

 

 

Рисунок 1 – Функциональная схема исследования

амплитудно-модулированного сигнала.

 

Примечание: Контрольные точки "1", "10" и "6" соединены в макете с разъемом ВЫХ 1 через переключатель S 4 (на схеме не показан);

ГНЧ - генератор низких частот; АМГ - генератор амплитудно-модулированного сигнала.

6.5 Исследовать параметры несущего колебания, для этого:

6.5.1 Установить на макете переключатель S 4 в положение "6", ручку потенциометра R 8 - в среднее положение.

6.5.2 Наблюдать на экране осциллографа неподвижную временную диаграмму амплитудно-модулированного (АМ) сигнала на интервале 2…3 периодов огибающей. Устойчивое изображение можно получить вращением ручек потенциометров "СТАБ" и "УРОВЕНЬ". Запомнить положения переключателей "РАЗВЕРТКА".

Установить необходимый масштаб изображения: по вертикали - с помощью переключателя "Вольт/дел.", по горизонтали - с помощью переключателей "РАЗВЕРТКА" ("Время/дел." и множитель "х1" или "х0,2").

6.5.3 Рассчитать период T и частоту F огибающей АМ сигнала. Для определения периода необходимо количество больших делений (клеток) и долей деления на горизонтальной шкале экрана осциллографа, приходящиеся на один период колебания, умножить на значение "мс/дел." или "мкс/дел.", указанное у отметки переключателя "Время/дел.", а также на множитель "х1" или "х0,2" - в зависимости от положения соответствующего переключателя на осциллографе. Результаты расчетов занести в отчет.

Зарисовать в отчет временную диаграмму АМ сигнала.

6.5.4 Установить на макете ручку потенциометра R 8 в крайнее левое положение и наблюдать на экране осциллографа временную диаграмму немодулированного высокочастотного колебания (несущей).

6.5.5 Установить на осциллографе переключатель "Время/дел." в положение, позволяющее наблюдать на экране 3…4 периода несущего колебания. Устойчивое изображение на экране можно получить вращением ручек потенциометров "СТАБ" и "УРОВЕНЬ".

6.5.6 Рассчитать амплитуду Um, период Тн и частоту несущего колебания f н. Данные измерений и расчетов занести в отчет. Зарисовать в отчет временную диаграмму несущего колебания с указанием числовых значений параметров сигнала.

6.6 Исследовать параметры модулирующего и амплитудно-модулированного сигналов, для этого:

6.6.1 Повторить п. 6.5.1 и п. 6.5.2 (положение переключателей "РАЗВЕРТКА" как в п. 6.5.2).

6.6.2 Рассчитать по временной диаграмме АМ сигнала коэффициент амплитудной модуляции m, используя формулу: , где

U_Pmax и U_Pmin - максимальный и минимальный размах АМ сигнала на экране осциллографа (в делениях).

6.6.3 Не изменяя положения ручки потенциометра R 8, переключить на макете переключатель S 4 в положение "10" и наблюдать на экране осциллографа неподвижную временную диаграмму модулирующего сигнала. Устойчивое изображение на экране можно получить вращением ручек потенциометров "СТАБ" и "УРОВЕНЬ".

6.6.4 Зарисовать в отчет временную диаграмму модулирующего сигнала в том же масштабе, что и АМ сигнал по п. 6.5.3. Рассчитать период Т, частоту F, амплитуду Um _и сигнала. Результаты расчетов занести в отчет. Сравнить полученное значение частоты F с результатами расчетов по п.6.5.3.

6.6.5 Рассчитать значение коэффициента пропорциональности а_АМ, используя данные, полученные в п. 6.5.6, п.6.6.2, п. 6.6.4 и формулу

6.6.6 Рассчитать и нарисовать в отчет спектральную диаграмму амплитуд АМ сигнала, полученного в п. 6.6.1, используя данные измерений и расчетов по п. 6.5.6, п. 6.6.2, п. 6.6.4 и п. 6.6.4.. Рассчитать ширину спектра АМ сигнала.

6.7 Исследовать зависимость коэффициента амплитудной модуляции m от значений амплитуды модулирующего сигнала Um _и, для этого:

6.7.1 Установить на макете переключатель S 4 в положение "6", ручку потенциометра R 8 - в крайнее левое положение и по временной диаграмме рассчитать коэффициент амплитудной модуляции m, как в п.6.6.2

6.7.2 Не изменяя положение ручки потенциометра R 8, переключить на макете переключатель S 4 в положение "10" и измерить амплитуду модулирующего сигнала. Результаты расчетов и измерений по п. 6.7.1 и п. 6.7.2 занести в таблицу 1.

6.7.3 Повторить п. 6.7.1 и п. 6.7.2 для остальных положений ручки потенциометра R 8, указанных в таблице 1. Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 1.

 

Таблица 1 - Данные для построения зависимости m = f ( Um _и )

Положение ручки потенциометра R8	Крайнее левое	Почти левое	Левее среднего	Среднее	Правее среднего	Почти правое	Правое
m
Umи, В

 

6.7.4 Построить график зависимости коэффициента амплитудной модуляции от амплитуды модулирующего колебания m = f ( Um _и ) – модуляционную характеристику – по данным таблицы 1 и результатам расчетов и измерений по п. 6.6.2 и п. 6.6.4.

6.7.5 Определить по характеристике m = f ( Um _и ) диапазон амплитуд модулирующего сигнала, при котором обеспечивается линейный характер зависимости m = f ( Um _и ).

6.8 Сделать выводы по работе, проанализировав значения амплитуд и частот несущего и модулирующего сигналов, характер зависимости m = f ( Um _и ) и значение коэффициента а_АМ (сравнить с 1)

6.9 Выключить оборудование, разобрать схему исследований.

6.10 Составить отчет по работе.

 

6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

7.1 Наименование и цели работы.

7.2 Решение задачи по п.3.2.

7.3 Приборы, оборудование и схема исследования (рисунок 1).

7.4 Результаты наблюдений, измерений и осциллограммы по п. 6.5, п. 6.6, п. 6.7.

7.5 Выводы по работе.

7.6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

 

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

8.1 Какие значения может принимать коэффициент пропорциональности а_АМ в формуле для расчета коэффициента амплитудной модуляции? Чем определяется его значение?

8.2 Какие значения должен принимать коэффициент амплитудной модуляции?

8.3 Как влияет амплитуда модулирующего колебания на коэффициент амплитудной модуляции?

8.4 Поясните процесс "Перемодуляция сигнала"

8.5 Какими способами можно предотвратить перемодуляцию АМ сигнала?

8.6 К какому виду амплитудной модуляции относится сигнал, формируемый в контрольной точке "6" лабораторного макета?

8.7 Поясните, как распределена мощность в спектре АМ сигнала.

8.8 Поясните, какие составляющие спектра АМ сигнала несут информацию о модулирующем сигнале.

8.9 Перечислите достоинства и недостатки амплитудной модуляции.

8.10 Где применяется амплитудная модуляция?

8. СОДЕРЖАНИЕ ЗАЧЕТА

Студенты должны знать ответы на контрольные вопросы. Должны уметь проводить измерения и расчеты, предусмотренные заданием на работу, и анализировать результаты измерений и расчетов.

 

 

9. ЛИТЕРАТУРА

 

2.1 Шинаков Ю.С., Колодяжный Ю.М. Теория передачи сигналов электросвязи – М.: Ридио и связь, 1989, - с.11…12, 37…42.

2.2 Панфилов И.П., Дырда В.Е. Теория электрической связи – М.: Радио и связь, 1991 – с. 56…64

2.3 Комаров С.К. Теория электрической связи. Конспект лекций. Часть III – Мн.: ВКС., 2000 – с. 7…16.