МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ



МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

№4

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ ПО КУРСУ

“ОСНОВИ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ “

для студентів спеціальності 8.090701, 8.090703



Затверджено

на засіданні кафедри РТП

Протокол № 2 від 04.09.02



Б.С.Троїцький., С.О.Березовський

Ю.К.Філіпський



Одеса ОНПУ 2002

Лабораторна робота №7



АНАЛІЗ СПЕКТРІВ СИГНАЛІВ



Мета роботи - здобути основні навики виміру спектрів керуючих сигналів і модульованих коливань.



7.1 Принцип роботи і функціональна схема

аналізатору спектра



Аналізатор спектра С4-25 призначений для відносних вимірювань гармонічних складових спектра, періодичних повторних імпульсів і безперервних модульованих коливань.

Аналізатор спектра - чутливий селективний прилад, здатний працювати у великому діапазоні амплітуд (великому динамічному діапазоні). Прилад відтворює на екрані електронно - променевої трубки (ЕПТ) розподіл спектра сигналу як функцію частоти.

Прилад побудований за принципом послідовного аналізу спектра і являє собою супергетеродинний приймач з подвійним перетворенням частоти і автоматичним його перенастроюванням в межах робочого діапазону 20 кГц.-.50 МГц.

Сигнал, поданий на вхід приладу, індицірується у вигляді відгуків на екрані ЕПТ, горизонтальна розгортка котрої синхронізована із перестройкою частоти першого гетеродина.



7.2 Робочі режими аналізатора спектра



7.2.1 Відносне вимірювання гармонічних складових спектра.

7.2.1.1 Вимірювання рівнів при лінійному масштабі індикатора.

Відносне вимірювання рівнів складових спектра видраховують по відліковому атенюатору приладу. Ручка “ Верт. масшт.” повинна знаходитися в положенні “ Лин “. Сітка лінійного масштабу на екрані ЕПТ дозволяє відлічувати по ній відносну величину складових спектра із похибкою не більш 10 %.

7.2.1.2 Вимірювання рівнів при логарифмічному масштабі індикатора.

При логарифмічному масштабі досліджують спектр сигналу, в котрому перепад складає по амплітуді не більше 40 дБ. Ручка “ Верт. масшт.” повинна бути в положенні “ Лог “. Наведена до номіналу масштабної сітки похибка логарифмічного масштабу не більше 5 дБ.

Однак перед вимірами за допомогою масштабної сітки логарифмічного масштабу точність логарифмічної характеристики необхідно перевірити по відліковому атенюатору приладу. Для цього ручку “Відлік амплітуд дБ “ установлюють в положення “-59” і вершину відгуку сигналу поєднують із верхньою горизонтальною лінією масштабної сітки ЕПТ (рівень “О“ логарифмічного масштабу). При послідовній установці ручок “Відлік амплітуд дБ” в положення -“-49”, “-39”, “-29”, “-19” вершина відгуку сигналу встановлюється відповідно на положення “-10”, ”-20”, “-30”, “-40” сітки ЕПТ логарифмічного масштабу з відхилом 5 дБ.

7.2.2 Вимірювання частоти спектральних складових і частотних інтервалів

Вимірювання виконують по масштабній сітці, попередньо відкаліброваної за допомогою сітки кварцованих значень приладу. Значення 0,1 і 1 МГц перестроюють відносно сигналу з допомогою ручки “Несуча значень МНZ”. Подавши на клеми “Зовнішні” приладу С4-25 сигнал від зовнішнього генератора Uген<1 В можна дістати сітку значень бажаної частоти, при цьому ручка “Значення MHZ “ повинна бути в положенні “ Несуча”. Частоту зовнішнього генератора контролюють за допомогою електронно-лічильного частотоміра. Частоту вимірюють на екрані приладу С4-25 як частотний інтервал між невідомою складовою і початковим відгуком.

7.2.3 Вимірювання коефіцієнта модуляції М амплітудно - модульованого коливання.

При аналізі спектра безперервних періодичних коливань складної форми (AM, ЧМ, ФМ) по відношенню бічних складових спектра до амплітуди несучої визначають глибину амплітудної модуляції, а по відстані від несучої - частоту модуляції.



7.3 Опис лабораторної установки



7.3.1 Установка містить аналізатор спектра С4-25, генератори Г4-18А; ГЗ-ЗЗ; осцилограф С1-67 для візуального контролю сигналів; частотомір ЧЗ-34А.



7.4 Домашнє завдання



7.4.1 За даними методичними вказівками і інструкцією по роботі з аналізатором спектра С4-25 вивчити принцип роботи і правила експлуатації.

7.4.2 Побудувати амплітудний спектр гармонічного сигналу: U(t)=0,8cos14(105t.



7.5 Порядок виконання лабораторної роботи



7.5.1 Перевірити наявність захисного заземлення приладу С4-25.

7.5.2. Визначити призначення органів керування та встановити їх в початкове положення (табл.7.1).



Таблиця 7.1

Назва органів керування

Призначення

Початкове положення



ЯСКРАВІСТЬ

Настанова необхідної якості зображення

В крайньому поло-женні при обер-танні проти годи-нникової стрілки



ФОКУС

Те ж

В середньому положенні



РОЗМІР

Установлення роз-міру лінії роз-гортки (кінцеве ліве положення – мінімальна дов-жина розгортки, кінцеве праве – максимальна довжина)

Те ж



Продовження табл.7.1



ЗМІЩЕННЯ

Установлення лінії розгортки по горизонталі і вертикалі

В середньому положенні



( детектора

Установлення постійної часу навантаження детектора, с

0,03



РОЗГОРТКА “S”

Здвоєна ручка ступінчастого виміру тривалості розгортки

0,1

В середньому положенні



ВІДЛІК АМПЛІТУДИ, дБ

Два перемикача відносного виміру рівнів складових спектра

“0”



ПОЛОСА ПРОПУСКАННЯ “3-70” + “300”, ТУМБЛЕР, РУЧКА

Ввімкнення вузької або широкої полоси пропускання і плавна зміна вузької полоси пропускання, кГц

“300”



МІТКА “MHz”,

НЕСУЧА МІТОК “MHz”, АМПЛІТУДА МІТОК

Для ввімкнення регулювання і установлення частотного інтервалу між калібраційними мітками

Викл.



ВЕРТ. МАСШТАБ

Вибір лінійного, логарифмічного або квадратичного масштабу

ЛІН



ОГЛЯД “MHZ”

Перемикач полоси огляду “0-3”, “3-50” МГц. Ручка довільної зміни смуги огляду

“3-50” МГц

В крайньому положенні при обертанні по годинниковій стрілці



Закінчення табл.7.1

ЦЕНТР. ЧАСТОТА

Здвоєна ручка для грубого та плавного налагодження приладу на частоту сигналу

В крайньому положенні при обертанні проти годинникової стрілки



БАЛАНС

Дві ручки для балансування початкового відгука



ВХІД ПРИЛАДУ

Перемикач входу приладу із низькоомного “Вхід 50(” на пробник

Вхід 50 (



ЧУТЛИВІСТЬ

Ручка плавного ослаблення сигналу, поданого на “Вхід 50(”

В крайньому положенні при обертанні по годинниковій стрілці



“МЕРЕЖА” ТУМБЛЕР, СИГНАЛЬНА ЛАМПОЧКА

Ввімкнення і контроль ввімкнення приладу

Виключено



КЛЕМА (

Для підключення захисного заземлення



7.5.3 Ввімкнути прилад. Переконатися в його нормальної праці, виконавши операції по калібровці і підготовивши прилад до запровадження вимірів (см. Інструкцію по роботі з приладом С4-25).

7.5.4 Досліджувати амплітудний спектр немодульованого гармонічного сигналу, заданого в п.7.4.2 Замалювати спектрограму сигналу.

7.5.4.1 Виміряти частоту спектральної складової сигналу по масштабної сітці, попередньо відкаліброваної за допомогою кварцованих міток приладу.

7.5.4.2 Виміряти частоту спектральної складової сигналу по масштабній сітці, попередньо откалиброваній з допомогою зовнішнього генератора Г3-З3. Частоту генератора контролюють за допомогою електронно - лічильного частотоміра ЧЗ-34А (см. “Інструкцію по роботі із частотоміром Ч3-34А”).

7.5.4.3 Виміряти рівень спектральної складової по відліковому атенюатору при лінійному масштабі.

7.5.4.4 Виміряти рівень спектральної складової по лічильному атенюатору при логарифмічному масштабі.

7.5.5 Порівнювати здобуті дані із розрахунковими.

7.5.6 Досліджувати спектри сигналів:



U1(t)=0,1 cos 4(105t; U2(t)=0,3 cos 4(105t;

U3(t)=0,1 cos 6(105t, U4(t)=0,3 cos 6(105t.



Виміри виконувати за П.7.5.4.



7.6 Зміст протоколу



7.6.1 Перелік використаних приладів і їх основні параметри.

7.6.2 Структурна схема приладу С4-25.

7.6.3 Експериментальні дані.

7.6.4 Осцилограми і спектрограми сигналів по пп.7.5.4 і 7.5.6.

7.6.5 Виводи і оцінка здобутих результатів.



7.7 Контрольні запитання



7.7.1 Які функції може виконати прилад С4-25?

7.7.2 Принцип роботи приладу С4-25.

7.7.3 Основні технічні параметри приладу С4-25.

7.7.4 Як виглядає амплітудний спектр немодульованого гармонічного сигналу на екрані аналізатора спектра?

7.7.5 Які масштаби ІНДИКАТОРА використовуються в аналізаторі спектра?

7.7.6 Поясніть методику виміру рівня спектральних складових по відліковому атенюатору аналізатора.

7.7.7 Як змінюється амплітудний спектр немодульованого гармонічного сигналу при зміні його амплітуди?

7.7.8 Як змінюється амплітудний спектр немодульованого гармонічного сигналу при зміні частоти сигналу?

7.7.9 Як виглядає фізичний амплітудний спектр немодульованого гармонічного сигналу?

7.7.IO Поясніть методику виміру частоти спектральних складових.



Лабораторна робота № 8



ДОСЛІДЖЕННЯ СПЕКТРІВ ПЕРІОДИЧНИХ НЕСИНУСОІДАЛЬНИХ КОЛИВАНЬ РІЗНОЇ ФОРМИ



Мета роботи - вивчити спектр періодичних несинусоїдальних коливань (наприклад послідовність імпульсів) при різних періодах і тривалостях імпульсів.

8.1. Основні визначення.



Періодичні несинусоїдальні коливання - це електричні величини, які змінюються в часі (струм, напруга). Вони можуть бути представлені у вигляді нескінченної суми гармонічних складових.

Спектром називається розподіл амплітуд гармонік аналізованого коливання уздовж вісі частот. Для більшості випадків спектр є комплексна функція частоти. Модуль спектра визначає амплітуду, а аргумент - фазу відокремлених гармонічних складових коливань.

Розрізнюють дискретні і суцільні спектри. Періодичні коливання мають дискретний спектр, а неперіодичні - суцільний.

Періодичні коливання S(t) із періодом Т можуть бути представлені у вигляді ряду Фур'е в тригонометричній формі



де К – порядковий номер гармонічної складової, К=1,2,3,4 …

Сукупність величин Сk називають спектром амплітуд, а сукупність величин k –спектром фаз, відповідно.



Коефіцієнти рядів ak і bk визначаються за формулами



Математичною моделлю процесу, циклічно повторного в часі, є періодичне коливання S(t), яке має властивості:

S(t)=S(t+nT), n=1, 2…



Нехай дана періодична послідовність імпульсів

HYPER15

Математичний запис спектра такого сигналу



8.2 Підготовка до лабораторної роботи



8.2.1 Розрахувати амплітудний спектр послідовності прямокутних імпульсів у відповідності з варіантом завдання, визначити амплітуди всіх гармонік до другого нуля.



Програма розрахунку амплітудного спектра для МК-54:



ПО

С/П

ПІ

С/П

х

(

(

2

х

П2



Р(

2

х

ИПО

(

ПЗ

С/П

ИПЗ

х

С/П



Fх=0

27

ИП2

2

(

БП

16

ИП1

х

2



(



Fsin

“HYPER15

(

ИП2

х

БП

16



Перемикач Р–Г ( Р

В/О

Т

ПХ

С/П

((

ПХ

С/П

Е(ПХ



С/П



/К(ПХ



С/П

ИПХ(К(



С/П

ИПХ -- Ск

/



Приклад: Т=4*10-3с, ((2*10-6 с , E=1 В.



8.3 Послідовність виконання роботи



8.3.1 Установити на виході генератора імпульсів Г5-54 коливання згідно з завданням, контролюючи його параметри за допомогою осцилографа.

8.3.2 За допомогою аналізатора спектра визначити спектр коливань (амплітуди гармонік) до другого нуля, згідно розрахунковому завданню.

8.3.3 При даній в домашньому завданні постійної тривалості ( змінити період Т імпульсів в 2 рази більше і в 2 рази менш заданого.

8.3.4 При заданому в домашньому завданні постійному періоді імпульсів змінити тривалість імпульсу ( в більший і менший бік.



8.4 Зміст протоколу



8.4.1 Перелік приладів, використованих в роботі.

8.4.2 Розрахунки і графіки спектра заданих коливань.

8.4.3 Таблиця експериментальних даних.

8.4.4 Експериментально побудовані графіки спектрів коливань.

8.4.5 Зіставлення розрахункових і експерименталь-них даних.

8.4.6 Висновки і оцінка здобутих даних.



8.5 Контрольні запитання



8.5.1 Що називається амплітудним спектром?

8.5.2 Які бувають спектри?

8.5.3 Як змінюється спектр послідовності прямокутних імпульсів при зміні тривалості імпульсу?

8.5.4 Як змінюється спектр періодичної послідовності імпульсів при зміні періоду?

8.5.5 Який метод аналізу застосований в аналізаторі гармонік, використованому в роботі?

8.5.6 Як змінюється спектр сигналу при зміні амплітуди імпульсів?

8.5.7 Як виглядає спектр одиничного імпульсу?

8.5.8 Визначення приладу С4-25.

8.5.9 Принцип роботи приладу С4-25.

8.5.10 Основні технічні параметри приладу С4-25.

8.5.II Як виглядає амплітудний спектр немодульованого гармонічного коливання на екрані аналізатора?