АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

 

 

Кафедра автоматической электросвязи

 

 

 

 

 

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ.

МОДУЛЯЦИЯ. ЧАСТЬ 2

 

 

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине ТЭС

(для студентов всех форм обучения по специальностям

3801-Автоматическая электросвязь;

3802-Многоканальные телекоммуникационные системы)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2000 г

 

Составители: Г.С.Казиева, А.Т.Кичкенбаева,К.С.Чежимбаева.

Модуляция.Методические указания к лабораторным работам по ТЭС ,

для студентов специальностей ( Автоматическая электросвязь; МТС;Сети связи и системы коммуникации).Часть 2.-Алматы: АИЭС, 2000 г.

    

Методические указания ,содержащие общие сведения о выполнении лабораторных работ, их оформлению и защиты отчетов. В работе указаны описания установки и измерительной аппаратуры. Далее перед проведением лабораторной работы студент должен повторить некоторые разделы из математики, ТЭЦ и ТЭС (1 часть) по темам представленным в подготовке к работе. В каждой работе приведены функциональные  блок-схемы электролинейных установок, приведены контрольные вопросы, представлен список используемой литературы.

     Лабораторные работы составлены с использованием учебных стендов фирм "Degem System".

     Методические указания предназначены для студентов специальности 3804-Автоматическая электросвязь и 3802 - Многоканальные телекоммуникационные системы 3801-Сети связи и системы коммуникации всех форм обучения".

 Ил .       , табл.        , библ.       ,  3 назв.

 

 

 

Рецензент: канд.техн.наук,доц. К.К. ТУМАНБАЕВА.

 

 

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2000 год.

 

© Алматинский  институт энергетики и связи, 2000

Общие положения к лабораторным работам

 

1 На первом занятии студенты проходят инструктаж по технике безопасности.

2 Студент должен подготовить те темы, которые указаны в разделе " Подготовка к работе".

3 После выполнения экспериментальной части , студент делает отчет и защищает его.

4 Содержание отчета:

а Цель работы

б Перечень оборудования и приборов.

в Блок-схемы и функциональные схемы.

г Таблицы наблюдений и расчетов.

д Осциллограммы и графики.

е  Обработка результатов, анализ полученных данных и ответы на контрольные вопросы.

 

 

 

Лабораторная работа  № 1

 

Исследование импульсно-кодовой модуляции (ИКМ)

 

1.1  Цель работы

Исследование работы ИКМ - модулятора; получение навыков расчета в определении основных соотношений ИКМ - сигналов; умение анализировать    полученные данные при работе блоков ИКМ - модулятора

1.2 Подготовка к работе

1.2.1 Изучить принцип работы ИКМ - модулятора и демодулятора

1.2.2 Повторить разделы  " АМ - модуляция и демодуляция"

1.2.3 Теоретически определить форму сигнала на различных этапах  преобразования при ИКМ

1.2.4 Понять смысл теоремы Котельникова

1.2.5 Повторить разделы квантования

1.3 Описание установки

В данной работе используются блоки  СОМ - 6А / 1 , СОМ - 6А /3 , СОМ -6В/1 и  СОМ -6В/2.

Блок СОМ - 6А/1 содержит генератор синхроимпульсов и модулятор синрогенератора.

            Блок СОМ -   6А/3  содержит логические элементы , необходимые для схемы синхронизации.

Блок СОМ-6В/1   содержит компараторы, сдвиговый регистр  с источниками тока для формирования ступенчатой функции.

Блок СОМ-6В/2 содержит схему синхронизации, двоичный счетчик и параллельно-последовательный преобразователь.

В данной работе также используются НЧ синусоидальный генератор, вольтметр переменного тока, двухканальный осциллограф.

1.4 Рабочее задание

1 Собрать схему, показанную на рисунке 1.1

 

Рисунок1.1 ±I-усилитель

 

2 Подключить генератор синусоидального сигнала с f = 1 кГц с Vpp = 1 В ко входу и зарисовать входной и выходные сигналы на осциллографе один под другим. Данная схема является усилителем, выход которого Vo = - V1 . Далее подсоединить выход коммутатора через инвертор ( Q2 в блоке СОМ -6А/3 к резистору  R2, который управляется ключом SWi). Выходное напряжение будет равно

Vo = V1 . Зарисовать входной и выходной сигналы для данного случая на осциллографе

3 Собрать схему, показанную на рисунке 1.2

            В данном пункте исследуем работу 7-ступенчатого сдвигового регистра.

Подключаем сигналы " 0" и "4" , которые подаются счетчиком синхронизации модулятора в блоке СОМ -6А/1(5-ступенчатый счетчик при выходе "5") к входу "R" блока 1 вместе с сигналом с генератора синхроимпульсов с частотой f = 40 кГц  (с блока СОМ - 6А/3). Клемма "R" вместо сигнала "0" в регистре 1.

Зарисовать диаграмму синхронизации сигналов в точках СН (f = 80 кГц ) на входе  Д (клемме EN) на входе "R" (PS').Объяснить смысл каждого сигнала , полученного с этих клемм.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.2 7-ступенчатый сдвиговый регистр и схемы синхронизации

            1-7-ступенчатый сдвиговый регистр

 

4 Собрать схему СОМ - 6В/1 ( рисунок 1.2)  7- ступенчатый сдвиговый регистр , который управляет работой источников тока. К выходам Q1 - Q7 подключить соответствующие выходы управления источников тока С11-С17 , подключить V = + 5 В поочередно к каждой из схем управления С11-С17 и измерить напряжение, образующее на регистре R3.

           Убедиться в том, что переключатель рода работы в блоке СОМ -6В/1 находится в положении "линейная". Контролировать положение этого переключателя перед каждым экспериментом.

Зарисовать временную диаграмму напряжения на резисторе  R3. Напряжение на R3 немного запаздывает по отношению сигнала с генератора синхроимпульсов частотой  f = 80 кГц. Это осуществляется с помощью схемы задержки на входе CL сдвигового регистра. Таким образом, в этом пункте исследуем работу источников тока.

5 Блок-схема ИКМ модулятора представлена на рисунке 1. 3

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3 Блок схема ИКМ-модулятора

1-вход сигнала;2-усилитель с коэффициентом усиления ±I;3-компаратор;

4-синхроимпулсы;4¢-счетчик;5-параллельно-последовательный преобра- зователь;6-источники тока;7-семиступенчатый сдвиговый регистр;8-генератор цифровой ступенчатой функции

 

            Входной сигнал подается на компаратор ( блок 3), куда поступает также сигнал от генератора цифровой ступенчатой функции ( блок 8). В компараторе происходит квантование сигнала по уровню. Блок 8 состоит из блоков 6 и 7. Блок 6 - это источник тока, блок 7 - ступенчатый сдвиговый регистр. В схеме также предусматривается блок синхронизации 4 и счетчик синхроимпульсов 4, назначение которых - дискретизировать и считывать квантованные импульсы.

Далее блок-схема  ИКМ- модулятора включает в себя параллельно-последовательный преобразователь, в функции которого входит преобразование 4-разрядных параллельных слов в последовательный код.

Выход ИКМ сигнала наблюдаем на клеммах РСМ -out. Выход составляется их 4-х разрядных ИКМ - слов. Каждое слово (сигнал) состоит из одного разряда, отведенного для знака (старший двоичный разряд) и 3-х разрядов для самой величины.

Счетчик синхронизации обеспечивает синхронную работу системы.

Схема полного ИКМ - модулятора представлена на рисунке 1.4.

 

 

Рисунок 1.4 Схема ИКМ-модулятора

 

 

 

1-7-ступенчатый сдвиговый регистр;2-вход сигнала;3-компаратор;4-двоичный

счетчик;5-параллельно-последовательный преобразователь;6-схема синхрони-

зации;7-выход сигнала;8-выход ИКМ

 

Схема синхронизации, состоящая из логических элементов G1 - G2 обеспечивает управление по времени для следующих схем PS',PSL ,PE, CO u EN.

Проверить сигналы на клеммах CL (80кГц)  , 40 кГц в блоке СОМ - 6А/3 ,  а также на клеммах PS', PSL,PE, EN - при отсутствии входных сигналов, а затем при подаче на вход постоянного и переменного напряжения.

            6 В данном пункте исследуем ИКМ - модулятор при входном постоянном напряжении .Для этого исследуем работу блока СОМ - 6В/2 .

Подключаем потенциометр Р1 в блоке СОМ - 6В/2 между клеммами источника питания V = 5В и V = -5B и подсоединяем его центральный контакт ко входу ИКМ - модулятора , а другой канал к выходу схемы синхронизации (полюса схем) , к клемме PCL . Синхронизируем сигнал осциллографа по сигналу синхронизации PCL.

Далее изменяем, напряжение на входе ИКМ в пределах от V=-3B до V=3В, при этом отмечаем изменение напряжения, при котором слово на выходе ИКМ номеруется.

По результатам данного эксперимента построить график чисел на выходе ИКМ-модулятора и подключить переменное синусоидальное напряжение с f=1 кГц.

Изменяем амплитуду напряжений в пределах V=0-2B,при этом наблюдаем за изменением слова на выходе ИКМ - модулятора, фиксируем также значения напряжений, при которых изменяем слово (сигнал) на выходе.

Построить график чисел на выходе ИКМ - модулятора как функции входного напряжения.

 

Анализ результатов

 

По результатам раздела 1.4 пункт 6 постройте график чисел на выходе ИКМ -модулятора как функции входного напряжения.

 

Контрольные вопросы

1 В чем заключается метод цифрового представления непрерывных сигналов?

2 Из каких операций состоит импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)?

3 Какие законы лежат в основе дискретизации сигнала?

4 Как изменяется форма сигнала на различных этапах преобразования в ИКМ?

5 Чем определяется шаг квантования?

6 Что такое шум дискретизации, шум квантования?

7 В чем отличие дискретного сигнала от цифрового?

8 В чем основные преимущества цифровых методов передачи непрерывных сигналов?

 

 

Лабораторная работа №2

 

Исследование интегрирующею дельта-модулятора (ДМ)

 

2. 1 Цель работы

Изучение режимов  работы ДМ модулятора, умение анализировать  результаты измерений   при     работе   интегратора  и  интегрирующего  дельто-модулятора

            2. 2 Подготовка к работе

    2. 2. 1 Рассмотреть  вопросы наличия ИКМ-модуляции и ДМ-модуляций    

    2. 2. 2 Получить навыки анализа исследования диаграмм синхроимпульсов.

    2. 2. 3 Повторить  разделы анализа элементарных функций по математике.

2. 3 Описание лабораторной установки

В данной лабораторной  работе используются  блоки СОМ-6А/1 и СОМ-6С/1. Блок СОМ-6А/1 содержит  генератор синхроимпульсов и модулятор. Блок 6С/1 содержит  генератор ступенчатой функции, компаратор, усилитель и триггер, источники питаний V±5 В.

2. 4  Рабочее задание

            1 Собрать схему,  показанную на рис. 2.1

Рисунок 2.1 Схема испытания генератора

1- генератор ступенчатой функции

 

Первоначально необходимо проверить работу генератора ступенчатой функции. Для этого поочерёдно подключить каждый из управляющих входов ST1, ST2, ST3, ST4 (COM-6C/1) к логической «1»(+5 В). Проверить влияние управления балансировкой генератора ступенчатой функции на напряжение на выходе (out).

2 Далее на вход  генератора  ступенчатой функции подать сигнал от генератора синхроимпульсов (COM  6A/1) с f=20 кГц  и измерить сигнал на выходе интегратора (Vo) . Зарисовать формы сигналов на входе и выходе  интегратора, расположив их один над другим.

Повторить те же измерения, подсоединив генератор синхроимпульсов с f=40 кГц.  Зарисовать формы  сигналов на входе и выходе интегратора.

 3 Собрать схему, изображенную на рисунке 2.2

 

 

Рисунок 2.2  Интегрирующий дельта-модулятор

           1-генератор ступенчатой функции;2-компаратор;3-усилитель;4-триггер;

           5-выход ДМ

 

   4 Подать на вход напряжение V=0 В и зарисовать формы сигналов в следующих  точках ( один над другим ): выход интегратора (Vi) , CL_I, Q_I  и  выход  компаратора.

Изображение сигнала на выходе интегратора, будет, вероятно, неустойчивым. Это обусловлено тем фактом, что ступенька при увеличении напряжения не равна ступеньке при его уменьшении.

Для того чтобы сделать изображение устойчивым, необходимо уравнять величины ступенек путём регулировки стерео баланса генератора ступенчатой функции (смотри пункт 1).

Огибающая сигнала, полученная на выходе интегратора, должна быть постоянным напряжением, как показано на рис.2.3 (а). Если ступеньки при увеличении или уменьшении напряжения не равны друг другу, то огибающая выглядит как на рис. 2.3 (в) или рис.2. 3 (c) .

 

 

Рисунок 2.3 Формы сигнала на выходе интегратора

 

Отрегулировать стерео баланс генератора ступенчатой функции для того, чтобы получить сигнал с огибающей в виде постоянного напряжения.

4  Заменить генератор синхроимпульсов с частотой f=20 кГц   на   генератор синхроимпульсов с f=80 кГц. Подсоедините генератор синхроимпульсов частотой 20 кГц к входу модулятора. Зарисовать формы сигналов в следующих точках: СLI , Vi , Vi на том же графике, выход компаратора и Qi (ДМ out) .

Повторить предыдущий опыт, при этом на вход подать прямоугольный сигнал  V=2В и f=8кГц.

Если изображение   на  экране   осциллографа     неустойчивое,  осторожно  подрегулируйте    стерео баланс     генератора         ступенчатой   функции. Возможно, также будет необходимо слегка  подрегулировать частоту на входе модулятора.

5   В данном пункте будет излучатся вопрос перегрузки по наклону.

Заменить резистор Ri  интегратора (5кОм) на R3 (20кОм).    К     триггеру   (рис 2) к клеммам CL подключить  генератор     синхроимпульсов частотой 80кГц , и на вход модулятора подать синусоидальный сигнал с V=2В и f=100Гц  .  Зарисовать   входной   сигнал  и  сигнал  на  входе    интегратора    на  осциллографе .

Постепенно    увеличивать   частоту   на   входе  (Vi)  до  тех  пор,  пока  не произойдёт     перегрузка     по    наклону   ( аппроксимированный   сигнал  , т.е.  сигнал на вход  интегратора   не сможет больше сопровождать входной сигнал ). Записать частоту,  при которой начинается перегрузка.

Повторить измерения для входного   синусоидального сигнала Vразмах=1В.

   6 Повторить  измерения  сделанные  в  пункте  5 , только для других скоростей синхронизации: f=20кГц и f=40кГц. Обратить внимание на частоту, при которой  имеет место перегрузка  по наклону.

 

Анализ результатов

   1 По результатам пунктов  5  и  6  раздела     1.4.  сделать  выводы  по  вопросам   перегрузки    по   наклону   для   различных   комбинаций   размера    ступеньки, резистора интегратора, скорости синхронизации  и  амплитуды входного  сигнала  и  обратить  внимание  на  влияние каждого из этих параметров и частоту, при которой имеет место перегрузка по наклону.

 

 

 

2.5 Контрольные вопросы

1 В чём отличие ИКМ от ДМ-модуляции?

2 Каково назначение интегратора?

3 Какой сигнал формируется на выходе интегратора?

4 Как осуществляется балансировка генератора ступенчатой функции?

5 Что такое перегрузка по наклону?

 

 

Лабораторная работа N3

 

Исследование адаптивной дельта-модуляции

 

3.1 Цель работы

    Изучение работы системы адаптивной дельта-модуляции, исследование сигналов, полученных при различных решениях системы АДМ, умение анализировать информационные параметры при работе блоков АДМ.

3.2 Подготовка к работе

1 Повторить разделы: ДМ, ИКМ – модуляции.

    2 Нарисовать схемы кодера и декодера с использованием принципом  АДМ.

3 Повторить разделы квантования и дискретизации.

4 Определить различие при ИКМ, ДМ, АДМ.

3.3 Описание установки

    В данной работе используют блоки COM-6A/1, COM-6C/1 и COM-6C/2 и источники постоянного и переменного напряжения и тока: V=±12В от источника А и В; V=±5В от источника F. Блок COM-6A/1, содержащий генератор синхроимпульсов и модулятор синхрогенератора. Блок COM-6C/1, содержащий генератор ступенчатой функции, компаратор, усилитель и триггер, кольцевой счетчик. Блок COM-6C/2 содержит генератор синхроимпульсов.

3.4 Рабочее задание

1 В данном пункте исследуется работа генератора ступенчатой функции с кольцевым счетчиком. Собрать схему, представленную на рисунке 3.1 (COM-6C/1). Зарисуйте формы сигналов, полученных на клеммах Q1,Q2, Q3, Q4 (входы кольцевого счетчика) и выходе генератора ступенчатой функции (клемма -“OUT”).

Далее подсоединить вход (клемма - “POL”) генератора ступенчатой функции к источнику напряжения V=±5В и зарисовать формы сигналов, после этого подать прямоугольный сигнал f=10кГц к входу внесения нуля кольцевого счетчика (R) и посмотреть, какое влияние это имеет на полученные ранее формы сигналов.

 

 

 

Рисунок 3.1 Схема генератора ступенчатой функции

1-кольцевой счетчик;2-генератор ступенчатой функции

 

2 Собрать схему, представленную на рисунке 3.2. Зарисовать формы сигналов, полученные на клеммах Q1,Q2 и выходе G1 с генератором синхроимпульсов с f=80кГц. Данный пункт отражает работу адаптивной синхронизации.

 

 

Рисунок 3.2 Схема адаптивной синхронизации

 

3 Собрать схему полного адаптивно дельта – модулятора, показанного на рисунке 3.3

Рисунок 3.3 Адаптивный дельта-модулятор

 

На модулятор подать прямоугольный сигнал с f=20кГц (на клемме “SIGNAL  IN”) и зарисовать диаграмму синхронизации сигналов на клемме CL кольцевого счетчика, на клемме “SIGNAL  IN”, на клемме R кольцевого счетчика. Объяснить смысл полученных диаграмм. Повторить измерения, изменив частоту входного сигнала на 10 кГц.

4 В этом пункте исследуется полный адаптивный дельта - канал. Для этого подсоединим адаптивный дельта-модулятор к входу демодулятора (схема на рисунке 3.4). регулятор SW1 (СТ1) подключить к V=±5В ко входу модулятора (клемма ДМ) подать синусоидальный сигнал с f=1 кГц и размахом Uраз=1В и исследовать выходной сигнал на ФНЧ. Далее заменим интегрирующие резисторы R=5 кОм резисторами R=20 кОм и обратить внимание, какое влияние окажет эта замена на выходной сигнал ФНЧ. Зарисовать формы сигналов на входе ДМ и выходе демодулятора. Сделать выводы, проверив канал.

 

 

Рисунок 3.4 Адаптивный дельта-модулятор

1-вход ДМ;2-триггер;3-кольцевой счетчик;4-генератор ступенчатой функции;

5-усилитель;6-ФНЧ;7-выход сигнала

 

 

Анализ результатов

1 Построить графики отношения сигнал-шум как функцию амплитуды входного сигнала для всех случаев, рассмотренных в пунктах 4 и 5 раздел 3.4

 

3.5 Контрольные вопросы

1 Из каких функциональных устройств состоит полный адаптивный модуля - тор? Какое назначение каждого узла?

2 В чем преимущество адаптивного дельта-модулятора перед дельта -              модулятором?

3 Для чего в адаптивном модуляторе необходим сигнал ступенчатой функции?

4 В чем заключается различие в работе дельта - модулятора и адаптивного дельта-модулятора?

5 Какую роль играет элементы управления работой интегратора?

 

Список используемой литературы

1 Баева Н. Н. Многоканальная электросвязь и РРЛ. - М.: Связь 1988 - 312с.

2 Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов по специальности “радиотехника”. - М.: 1988 -448с.

3 Course COM - 6. Time division multiplexing. Degem system, - 1986 - 182p, 170p, 191p, 198p.