МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ

КАЗАХСТАН

 

Алматинский институт энергетики и связи

 

                   

 

 

 

 

 

 

 

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

 

МОДУЛЯЦИЯ

 

Методические указания

к лабораторным работам по дисциплине ТЭС  Ч.1

(для студентов специальности Автоматическая электросвязь и Промышленной электроники )

 

 

 

 

                                               Алматы 1999

 

 

 

 

 

 

СОСТАВИТЕЛИ: Г.С.Казиева,  А.Т.Омаров,  А.Т.Кичкенбаева Модуляция Методические указания к лабораторным работам по ТЭС Ч.1 (для студентов специальностей Автоматическая электросвязь и Промышленная электроника).- Алматы: АИЭС, 1999 г.-    с.38

 

 

 

 

     Методические указания содержат общие положения о выполнении лабораторных работ их  оформлении и защиты. Имеется достаточно полная информация по лабораторному стенду и измерительным приборам.

    Описание каждой лабораторной работы содержит материал по подготовке к лабораторной работе. Каждая работа сопровождается перечнем вопросов для самопроверки.

     Методические указания предназначены для студентов специальности Автоматическая электросвязь (3801) всех форм обучения .При составлении методических указаний использована учебная методика" Degem Systems ", широко практикуемая в странах Европы, Северной и Южной Америки

     Ил.20, табл.12, библиогр.-2 назв.

 

 

 

          Рецензент: канд. техн. наук, доцент А.А. Замрий,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на

  1999 год  

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     ©Алматинский институт энергетики и связи,1999 г.

 

Общие положения к лабораторным работам

 

     1 Задание на выполнение соответствующей лабораторной работы студенты получают на предыдущем занятии (за 1-2 недели)

     2 Студенты самостоятельно(или на консультации) готовятся по вопросам, указанным в описании лабораторных работ

     3 На первом занятии студенты проходят инструктаж по технике безопасности

     4 Перед выполнением экспериментальной части студенты отвечают на вопросы, отчитываются за допуск к работе.

     5 После выполнения экспериментальной части отчет оформляется и защищается каждым студентом в отдельности

     6 При невыполнении предыдущей работы без уважительной причины студент к выполнению последующей работы не допускается

     7   Содержание отчета:

     а)  цель (назначение) работы

     б)  перечень приборов и оборудования

     в)  электрические схемы

     г)  порядок выполнения работы

     д)  таблицы наблюдений и расчетов

     е)  диаграммы и график

     ж) обработка результатов и контрольные вопросы

 

 

 

 

1. Лабораторная работа №1

           Амплитудная модуляция

 

     1.1 Цель работы: Исследование режимов работы АМ- модулятора; получение навыков расчета параметров модуляции; умение анализировать временные диаграммы АМ- сигнала при различных режимах модуляции.

     1.2 Подготовка к работе:

     1.2.1 Повторить разделы "АМ-модуляция и демодуляция": Временные и спектральные диаграммы однотонального АМ сигнала, параметры АМ сигнала.

     1.2.2 Получить навыки расчета коэффициента m и анализ исследования временных диаграмм АМ сигнала для различных режимов ( 100 % модуляции, 50% и 30 % модуляции, а также для режима сверхмодуляции ).

     1.2.3 Рассмотреть понятия: неглубокой модуляции, глубокой модуляции и перемодуляции. Ознакомиться с построением статической модуляционной характеристики и ее видом.

     1.2.4 Рассмотреть понятия энергетических характеристик АМ- сигнала.

     1.2.5 Определить структуру спектра сигнала с амплитудной модуляцией.

 

     1.3 Описание установки

 Блок схема (рисунок 1.1) даннной установки состоит из

     а) генератора несущей частоты; выходное напряжение которого изменяется в пределах 0-3 В, регулируемое потенциометром Р ; а частота выходного сигнала изменяется в пределах f=435-477 кГц. В рабочем режиме частота f=455 кГц (частота регулируется с помощью потенциометров Р -грубая настройка и Р - точная настройка)

     б) АМ- модулятора, состоящего из транзистора Q и буферного элемента  (рисунок 1.2).

     в) генератора звуковых сигналов с параметрами: f=10 - 100 кГц, Rвых.сопротивление - 50 Ом, Umax.вых.=10 В.

     г) частотомера

     д) ВЧ-вольтметра

     е) осциллографа

     з) источника питания U= +12В

Примечание рисунки представлены в конце лабораторной работы №1

 

     1.4 Порядок выполнения работы:

     Ознакомиться с устройствами из которых в данной работе собираются исследуемые цепи; далее соединить выход генератора несущего ВЧ-сигнала (клеммы osc output) со входом модулятора (клемма Carrier) (рисунок 1.2).

     Медленно изменять амплитуду сигнала на выходе ВЧ генератора ( с помощью Р1, Р2 и Р3) , установить на выходе АМ - модулятора сигнал , mах. амплитуда которого =1В.Данный сигнал наблюдать на клеммах АМ "output" с помощью осциллографа. Далее клеммы (Мод.in) подключить к генератору сигналов ("AUDIO генератор" модулирующий сигнал) , (рисунок 1.3).

       1.4.1 Определение коэффициента модуляции    

      С выхода "генератора НЧ-сигнал" подаем напряжение частота которого в f=1кГц при этом на осциллографе наблюдаем за модулированным сигналом. Меняя амплитуду модулирующего сигнала  визуально , наблюдаем за формой сигнала на выходе модулятора.

     Далее изменяем частоту модулирующего сигнала в пределах от 20 кГц до 100 Гц при этом  измеряем амплитуду модулируемого сигнала на каждой частоте. Вычисляем коэффициент модуляции"m". При проведении эксперимента напряжение и частоту генератора ВЧ колебания поддерживать постоянными. U вч=2 В ;  f  =455 кГц  ±20 кГц = const

Все измерения заносим в таблицу 1.1

 

     Таблица 1.1                     

 

 

Fнч(мод.сигнал), Гц

 

20000

 

10000

 

8000

 

6000

 

4000

 

2000

 

800

 

100

 

U1вх.нч(мод.сиг-нал), В

 

0,1

 

0,1

 

0,1

 

0,1

 

0,1

 

0,1

 

0,1

 

0,1

 

Коэфф.m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U2вх.нч(мод.сиг-нал), В

 

0,2

 

0,2

 

0,2

 

0,2

 

0,2

 

0,2

 

0,2

 

0,2

 

Коэфф.m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U3вх.нч(мод.сиг-нал), В

 

0,3

 

0,3

 

0,3

 

0,3

 

0,3

 

0,3

 

0,3

 

0,3

 

Коэфф.m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U4вх.нч(мод.сиг-нал), В

 

0,4

 

0,4

 

0,4

 

0,4

 

0,4

 

0,4

 

0,4

 

0,4

 

Коэфф.m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U5вх.нч(мод

сигнал), В

 

0,5

 

0,5

 

0,5

 

0,5

 

0,5

 

0,5

 

0,5

 

0,5

 

Коэфф.m

 

 

 

 

 

 

 

 

  

     1.4.2  Получение модуляционной характеристики

     На вход модулятора (клеммы Мод.in) необходимо подать напряжение модулирующего сигнала  от генератора звуковой частоты с f=1кГц, при этом изменяем амплитуду модулированного сигнала таким образом , чтобы коэффициент модуляции изменялся в пределах от 20 % до 100% (изменяя амплитуду L0 модул. сигнала).Измеряем амплитуду модулируемого сигнала для разных значений коэффициента модуляции. Данные занести в таблицу 1.2.

 

     Таблица 1.2

 

U вч = const ; f=455 кГц ; fнч =1 кГц

 

 

Коэфф.m

 

20

 

30

 

40

 

50

 

60

 

70

 

80

 

90

 

100

 

Uмод.сиг.,

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Повторить измерения для модулирующих частот f =100 Гц   

 Uвч =const ; f вч= 455 кГц ; fнч = 100 Гц

 

 

Коэфф.m

 

20

 

30

 

40

 

50

 

60

 

70

 

80

 

90

 

100

 

Uмод.сиг.,

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвч = const ; f вч = 455 кГц ; f нч =4кГц

 

Коэфф.m

 

20

 

30

 

40

 

50

 

60

 

70

 

80

 

90

 

100

 

Uмод.сигнал ,

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При постоянных напряжениях ВЧ- генератора построить модуляционные характеристики   при различных частотах на миллиметровой бумаге.

     1.4.3 Режим перемодуляции.

     Увеличиваем амплитуду модулирующего сигнала таким образом, чтобы коэффициент модуляции m превышал 100%. Зарисовать форму полученного сигнала при нескольких значениях коэффициента модуляции > 100%, сделать выводы о явлении сверхмодуляции.

 

     1.5 Обработка результатов

     Исходя из результатов опытов

     а) построить график частотной характеристики модулятора Uм=f(f).Определить диапазон рабочих частот модулятора.

     б) по данным пункта1 4 1 построить модуляционную характеристикиу, которая является зависимостью амплитуды модулированного напряжения от коэффициента модуляции для трех значений модулированных частот.

 

     1.6 Сделать выводы по работе : сравнить различные коэффициенты модуляции при  различных амплитудах модулируюшего сигнала, а также представить причины искажения АМ- модулированных сигналов.

 

     1.7 Контрольные вопросы

     1. Какова причина искажения сообщений, наблюдаемых при модуляции?

     2. В каком соотношении обычно находятся между собой частоты несущего и модулирующего колебания ?

     3. Каков принцип построения векторной диаграммы АМ сигнала ?

     4. Что такое глубина модуляции ?

     5. Что такое статическая модуляционная характеристика ?

     6. Как по временной диаграмме определить коэффициент модуляции ?

     7. Каков спектр модулирующего, модулируемого, АМ-модулированного сигналов в различных точках схемы амплитудного модулятора ? 

     8. Каковы векторные диаграммы модулирующего, модулируемого и АМ-модулированого сигналов в различных точках схемы амплитудного модулятора ?

     9. В каком соотношении обычно находятся между собой амплитуды модулирующего и несущего колебаний ?  Почему так ?

 

     2. Лабораторная работа №2

     Детектирование амплитудно- модулированных сигналов.

 

     2.1 Цель работы: Исследование режимов работы АМ- детектора, получение навыков работы с детектором огибающей и синхронным детектором, получить навыки анализа демодуляционой характеристики.

 

     2.2 Подготовка к работе:

     2.2.1 Нарисовать схему диодного детектора (детектора огибающей) АМ-колебаний

     2.2.2 Повторить принцип работы детектора огибающей и назначение всех элементов схемы.

     2.2.3 Ознакомиться с порядком расчета значений элементов схемы детектора огибающей.

     2.2.4 Нарисовать схему синхронного детектора АМ-колебаний.

     2.2.5 Повторить принцип работы синхронногодетектора и назначения элементов схемы.

 

     2.3 Описание установки

     Схема установки представлена на рисунок 2.1 и 2.2  .Здесь представлены :

     а) АМ-модулятор

     б) детектор огибающей, содержащий диод в блоке СОМ 1-3

     в) синхронный АМ-детектор, содержащей транзистор Q-2, емкость и сопротивления;

     г) частотомер

     д) источники питания на +12В,

     ж) громкоговоритель

     з) ч.вольтметр, осциллограф и генератор звуковых сигналов с f=10Гц-100 кГц; U=10В

 

     2 4 Порядок выполнения работы

     Режим работы несинхронного детектора (детектора огибающей). Собрать схему, показанную на рисунке 2.1. Рисунки представлены в конце лабораторной работы №2.

     Сигнал, полученный в АМ-модуляторе при входном модулирующем напряжении с частотой в f=1кГц, подаем на огибающей демодулятор блока СОМ 1-3, на вход диода Д1. При этом сигнал с АМ модулятора должен иметь m=30%. Затем изменяем частоту низкочастотного модулирующего напряжения в пределах от100Гц до 1000 Гц. Измеряем амплитуду выходного сигнала демодулятора с клеммы "AUDIO OUT". Данные  записываем в таблицу 2.1 и строим зависимость Uдм=f(F). fвч = 455кГц ;  m=30%

 

 

 

     Таблица 2.1

 

Звуковой генератор,  F(Гц)

 

1000

 

800

 

700

 

600

 

500

 

400

 

300

 

200

 

100

Напряжение

демод-ра

Uдм(В)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     2.5 Получение демодуляционной характеристики  

     На вход модулятора подать напряжение с частотой в F=1кГц. Изменяем амплитуду модулируемого сигнала таким образом, чтобы коэффициент модуляции изменялся в пределах от 20 до 100%. При этом измерим амплитуду выходного сигнала на демодуляторе. Данные занести в таблицу 2.2

 

     Таблица 2.2

 

fвч = 455кГц ;  F= 1кГц

Повторить измерения для модулирующих частот  F=10 кГц и   F=300 Гц

 

 

Коэфф.m

 

20

 

30

 

40

 

50

 

60

 

70

 

80

 

90

 

100

 

Uнесинхдм.

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Uвч = const ;   f вч = 455 кГц ; F=10 кГц

 

 

Коэфф.m

 

20

 

30

 

40

 

50

 

60

 

70

 

80

 

90

 

100

Uнесинх.

Дм.(В)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uвч =  const ;  f вч =455 кГц ;  f нч =300 Гц

Построить демодуляционные характеристики при разных частотах модулирующего напряжения. Проверить линейность этих характеристик.

 

 

Коэфф.m

 

20

 

30

 

40

 

50

 

60

 

70

 

80

 

90

 

100

 

Uнесинх.дм.В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     2.6  Демодуляция сверхмодулированных АМ-сигналов

     На вход модулятора подается модулирующее напряжение с частотой в F=1кГц. Изменяем амплитуду модулирующего сигнала до тех пор, пока не достигнем перемодуляции АМ-сигнала. На выходе демодулятора получим сигнал, форму которого необходимо зарисовать. Сделать выводы о режиме перемодуляции.

 

     2.7  Работа синхронного АМ-демодулятора.

     Собрать схему, показанную на рис.2.2 Сигнал, полученный в АМ-модуляторе при входном модулирующем напряжении с частотой в F=1 кГц, подается на вход синхронного демодулятора. Технически это осуществляется  присоединением шнура от гнезда выхода модулятора к коллектору Q2 (спайка R7-R8). С осциллографа необходимо зарисовать форму сигнала, полученного на спайке R8 и С5 (выход Идм.сигнала). Измерить амплитуду напряжения и обратить внимание на форму кривой напряжения(рисунок 2.2)

 Далее отсоединим АМ-выход от спайки R7-R8 и присоединим выход АМ к конденсатору С3, при этом также зарисовать форму кривой на коллекторе Q2 и на конденсаторе С5, т.е. на выходе синхронного детектора, сравнить формы кривых в двух случаях. Сделать выводы.

 

     2.8 Обработка результатов

     а) исходя из результатов пункта 2.1 построить  зависимость напряжения на  выходе демодулятора от частоты. Сделать выводы по графикам.

     б) по данным пункта 2.2  построить огибающую демодуляционной    характеристики  Uдм=f(m), т.е. зависимость огибающей напряжения на

выходе демодулятора в функции от коэффициента модуляции.

 

     2.9Сделать выводы по проделанной работе, обратив внимание студентовнаразличие формы полученных кривых, напряжения на выходе детектора огибающей и синхронного детектора

 

     2.10 Контрольные вопросы

     1. Каков спектр сигналов на входе и выходе АМ-детектора?

     2. Каковы векторные диаграммы сигналов на входе и выходе АМ-детектора?

     3. Как на статической характеристике выбирается рабочий участок и напряжение смещения?

     4. Запишите математическое выражение однотонального АМ-сигнала, многотонального АМ-сигнала, сложного АМ-сигнала ?

ЧМ ГЕНЕРАТОР

 

 

СХЕМА ДЕТЕКТОРА

 

 

ЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР

 

 

              1 звуковой генератор

              2 чм генератор

              3 детектор     

              Рисунок 3.1-Блок СОМ 2/

 

 

FM MODULATOR

 

 

DETEKTOR

 

 

              1 модулятор

              2 детектор

                   3 осциллограф

              Рисунок 4.1-Блок  схема установки

 

 

              1 генератор опорной частоты сигналов

              2 полосовой фильтр

              3 осциллограф

                   Рисунок 5.1-Проверочная схема для работы механического фильтра

 

 

Рисунок 1.1-Блок схема установки для амплитудной модуляции сигнала

 

 

Рисунок 1.2-Блок СОМ-1/1

 

 

 

           1 вход от генератора высокой частоты

            2 вход модуляции от генератора звуковых сигналов

            3 выход амплитудно модулированного сигнала

            Рисунок 1.3-Принципиальная схема АМ- модулятора

               1 АМ-модулятор в блоке СОМ-1/1

               2 блок СОМ-1/3

               3 выход звука

               Рисунок 2.1-Диодная схема огибающего демодулятора

 

 

                1  АМ-модулятор

                     2  АМ-выход

                     3  выход звукового сигнала(audio out)     

                Рисунок 2.2-Синхронный АМ- демодулятор

 

 

                1 звуковой генератор

                2 ЧМ генератор

                3 детектор

                Рисунок 3.1-Блок СОМ 2/1

 

 

              Девиация частоты- это отношение в/а в% от частоты несущей

              Рисунок 3.2.-Измерение девиации частоты ЧМ волны

 

 

    Рисунок 4 1-Блок схема установки

 

 

    Рисунок 4.2-Блок схема детектор отношения

 

 

                    1 сигнал с выхода звукового генератора

                    2 ЧМ генератор

                    3 детектор отношения

                    Рисунок 4 3-Получение кривой S детектора отношения

 

 

                    1 ЧМ генератор

                    2 блок СОМ -2/1

                    3 блок СОМ- 2/2

                    Рисунок 4.4-Фазосдвигающая цепь

 

 

      Рисунок 4.5-Детектор произведения

  

 

 

              1 генератор опорной частоты сигналов

              2  полосовой фильтр

              3 осциллограф

                   Рисунок 5.1-Проверочная схема для работы механического фильтра

 

 

            1 гетеродин

            2 звуковой генератор     

                 3 балансный модулятор

             Рисунок 5.2-Блок схема двухполосной модуляции

 

 

    1 звуковой генератор на U=500mV, f=4кГц

    2 гетеродин

             3 Unite - модулятор на U=500 mV   

                  Рисунок 5.3-Принципиальная схема двухполосной модуляции

 

 

              1 выход двухполосного модулятора

              2 фильтр

              3 буфер

              Рисунок 5.4-Блок схема ослабления боковой полосы 

 

 

              1 гетеродин

              2 звуковой генераор

              3 полосовой фильтр

              Рисунок 5.5-Схема выбора боковой полосы

 

 

             1 гетеродин

             2 балансный модулятор

             3 полосовой филтьр

             4 усилитель звука

             Рисунок 5.6-Блок схема ОБП детектирование

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              1 передатчик

              1 1 звуковой генератор

              1 2 балансный модулятор

                   1 3 буфер

                   1 4 полосовой филтьр

                   1 5 гетеродин

              2 приемник

              2 1 усилитель звука

              2 2 балансный модулятор

              2 3 буфер

              2 4 гетеродин

              Рисунок 5.7-Блок схема ОБП канала связи

 

 

              1 звуковой генератор

              2 полосовой фильтр

              3 гетеродин

               Рисунок 5.8-Практическая схема ОБП связи

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1 Общие положения к лабораторным работам………………………………

2 Лабораторная работа №1 Амплитудная модуляция……………………….

3 Лабораторная работа №2 Детектирование АМ-сигналов…………………

4 Лабораторная работа №3 ЧМ-модуляция…………………………………..

5 Лабораторная работа №4 ЧМ-детектирование…………………………….

6 Лабораторная работа №5 Исследование ОБП……………………………...

7 Список литературы…………………………………………………………..

 

 

 

 

Список литературы

 

1 Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов по специальности «Радиотехника». -М.: Высш шк , 1988.-448 с.

2 Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы.-М.: Радио и связь,1986.

 

 

 

 

                                                                                          Сводный план 1999 г., поз. 90

 

 

Галия Сейткамзаевна Казиева

Алмас Тургалиевич Омаров

Аманжан Тынчигановна Кичкенбаева

 

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

МОДУЛЯЦИЯ

 

Методические указания

к лабораторным работам по дисциплине ТЭС Ч.1

(для студентов специальностей Автоматическая электросвязь и Промышленная электроника)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Редактор В.В.Шилина

 

 

 

 

 

Подписано в печать “   “     1999 г.

Тираж    5,0     экз.                                                  Формат 60 84  1/16

Обьем 2,0 уч.изд.л.                                                 Бумага типографская №1

                                                                                  Заказ          Цена 76 тг.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ротапринт: Алматинского института энергетики и связи

480013 Алматы, Байтурсынова 126