Лабораторная работа № 2
АНАЛИЗ СПЕКТРА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ
1 ЦЕЛИ РАБОТЫ
1.2 Исследовать спектры амплитуд и фаз детерминированных сигналов.
ЛИТЕРАТУРА
2.1 Шинаков Ю.С., Колодяжный Ю.М. Теория передачи сигналов электросвязи. ─ М.: Радио и связь, 1989. ─ С. 24…33.
2.2 Панфилов И.П., Дырда В.Е. Теория электрической связи. ─ М.: Радио и связь, 1991. ─ С. 23…36.
2.3 Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC ─ М.: Солон-Р, 1999. ─ С. 23…51.
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
3.1 Изучить по [2.1] и [2.2] спектральный состав периодической последовательности прямоугольных импульсов.
3.2 Рассчитать и построить спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов, если частота (frequency), кГц, размах (amplitude), В равны номеру записи студента в учебном журнале для длительности импульса (duty cycle) 20% от периода.
3.3 Подготовить бланк отчета.
3.4 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.
Примечание: Лабораторную работу можно выполнить дома, а результаты в электронном варианте переслать по адресу Prashkovich @ tut. by или представить преподавателю на гибком диске.
ВОПРОСЫДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
4.1 Что называется спектром фаз?
4.2 Что называется спектром амплитуд?
4.3 Что называется скважностью импульсов?
4.4 Что называется частотой следования импульсов?
4.5 Какими свойствами обладают спектры негармонических периодических и негармонических непериодических сигналов?
4.6 Как зависит ширина спектра импульсной последовательности от скважности?
4.7 Чем определяется плотность спектральных линий в лепестке спектра импульсов?
4.8 В каком случае получается линейчатый спектр импульсной последовательности?
4.9 В каком случае получается сплошной спектр импульсной последовательности?
4.10 Что такое верхняя граничная частота спектра?
4.11 Что такое нижняя граничная частота спектра?
4.12 Каков спектр реального телефонного сигнала?
4.13 В чем заключается связь между временным и спектральным представлением сигнала?
4.14 Приведите формулу для расчета спектра периодической последовательности прямоугольных импульсов.
5 АППАРАТНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
5.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).
5.2 Графический манипулятор мышь.
5.3 Программа Electronics Workbench 5.12.
5.4 Принтер.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
6.1 Ответить на вопросы программированного допуска.
6.2 Получить инструктаж по технике безопасности.
ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.
6.3 Включить персональный компьютер, для этого:
6.3.1 Включить рабочую станцию компьютерной сети с помощью сетевого переключателя POWER на системном блоке.
6.3.2 Наблюдать загрузку компьютера и подключение его к локальной сети.
6.3.3 Набрать на клавиатуре цифру 1 – загрузка с локального диска. Наблюдать загрузку. Нажать клавиши клавиатуры Ctrl+Alt+Delete одновременно.
6.3.4 Войти в систему, набрав имя ─ 204,а пароль не вводить. Нажать клавишу Enter.
6.3.5 Наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.
6.3.6 Открыть программу Electronics Workbench 5.12, согласно каталогу D:\Work\EWB512\WEWB32.exe. Получить изображение стандартного окна программы.
6.4 Собрать схему для проведения исследований (рис. 2.1). Соединить выход генератора со входом осциллографа. Для их соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия ─ подтверждение правильности соединения.
6.5 Исследовать спектры амплитуд и фаз детерминированных сигналов, для этого:
6.5.1 Щёлкнуть два раза на изображение генератора на белом листе рабочего поля. Установить режим генерации прямоугольных импульсов, нажав на изображение прямоугольных импульсов в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.
Рис. 2.1 Схема исследований
6.5.2 Установить частоту (frequvency), амплитуду (amplitude), длительность импульса (duty cycle) и постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора с помощью клавиатуры и манипулятора мышь (см. п. 3.2), изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.
6.5.3 Включить режим анализа схемы, щёлкнув манипулятором мышь на изображение I включателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.
6.5.4 Щёлкнуть два раза на изображение осциллографа, наблюдать временную диаграмму сигнала на экране осциллографа.
6.5.5 Щёлкнуть на изображение Expand лицевой панели осциллографа. Наблюдать временную диаграмму на расширенном экране.
6.5.6 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем «время на деление » (Time base) - время, соответствующее наблюдению одного или двух периодов колебания.
6.5.7 Установить переключателем «Вольт на деление» (U/div) масштаб по оси амплитуд. Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов,
остановив анализ построения программой временной диаграммы. Зарисовать временную диаграмму сигнала в отчёт.
6.5.8 Измерить время начала периода сигнала Т1. Установить визирную линию на начало периода прямоугольных импульсов, нажав клавишу манипулятора мышь на красном треугольнике 1. Переместить визирную линию на начало периода, удерживая её и двигая манипулятор мышь по коврику.
6.5.9 Измерить время окончания периода сигнала Т2. Установить синюю визирную линию на конец периода прямоугольных импульсов, используя методику п.6.5.8. Записать значение периода и скважности в отчёт.
6.5.10 Измерить минимальное значение напряжения прямоугольных импульсов. Установить курсор манипулятора мышь на красном треугольнике 1 и, нажав клавишу манипулятора, перемещать визирную линию на минимальное значение амплитуды прямоугольных импульсов. Записать минимальное значение VA1 в отчёт.
6.5.11 Измерить максимальное значение напряжения прямоугольных импульсов, используя методику п.6.5.10. для синей визирной линии 2. Измерить размах прямоугольных импульсов VA2 - VA1 и амплитуду. Данные занести в отчёт.
6.5.12 Отключить формирование сигнала периодической последовательности импульсов (ППИ), нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение 0 в правом верхнем углу окна.
6.5.13 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Analysis вверху окна, а затем Fourier в раскрывшейся таблице.
6.5.14 Задать параметры анализа спектра: Fundamental frequency – частота следования ППИ; Number harmonics – количество гармоник – 20; Vertical scale – масштаб по вертикали, linear - линейный. Добавить функцию Display phase.
6.5.15 Нажать функцию Simulate и подождать появления на экране спектральных диаграмм. Установить развёрнутый вид появившегося маленького окна, нажав левой клавишей манипулятора мышь функцию (развернуть) в правом верхнем углу окна. Спектральные диаграммы зарисовать в отчёт.
6.5.16 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Toggle Cursors в правом верхнем углу окна. Измерить амплитуды спектральных составляющих с помощью визирных линий и таблицы. Визирную линию перемещать за чёрный треугольник вверху её на спектральную составляющую согласно методике п.6.5.8. Записывать значение х1 – частоты, у1 – амплитуды спектральной составляющей из таблицы Magnitude, V в отчёт.
6.5.17 Зарисовать спектральные диаграммы в отчет, указав значения всех спектральных составляющих. Сравнить спектр с ранее рассчитанным спектром в домашнем задании. Сделать выводы.
6.5.18 Получить спектральные диаграммы амплитуд и фаз для последовательности прямоугольных импульсов с параметрами в табл.2.1. Номер варианта соответствует последней цифре записи студента в учебном журнале.
Таблица 2.1-Исходные данные
| Вариант | ||||||||||
| (τ /Т)*100% | 33,3 | 66,67 | 33,33 |
6.5.19 Зарисовать в отчёт спектральные диаграммы амплитуд и фаз. Сравнить спектральные диаграммы с ранее полученными по п.6.5.17.
6.5.20 Выполнить п.6.5.18 и п.6.5.19 для импульсов треугольной формы. Сравнить спектральные диаграммы.
6.5.21 Выполнить п. 6.5.18 для колебаний синусоидальной формы.
6.6 Отпечатать спектральные диаграммы исследуемых сигналов (по заданию преподавателя) на локальном или сетевом принтере, для этого:
6.6.1 Подготовить принтер к работе.
6.6.2 Просмотреть файл со спектральной диаграммой, выбрав удобный для наблюдения масштаб.
6.6.3 Нажать изображение принтера левой клавишей манипулятора мышь в верхней части рабочего окна программы. Получить отпечатанную копию.
6.7 Показать результаты выполнения работы преподавателю.
6.8 Сделать выводы.
6.9 Выключить оборудование.
6.10 Составить отчёт по работе.
7 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
7.1 Наименование и цели работы.
7.2 Аппаратное и программное обеспечение работы.
7.2 Схема исследований.
7.3 Результаты измерений, наблюдений и расчётов по пункту 6.5.
7.4 Выводы по работе.
7.5 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).
8 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
8.1 Как влияет скважность на спектр ППИ?
8.2 Как влияет изменение длительности импульсов на спектр ППИ?
8.3 Какие гармонические составляющие отсутствуют при скважности 4 в ППИ?
8.4 Как изменится спектр ППИ при изменении частоты следования импульсов?
8.5 Что изменится в спектре ППИ при изменении амплитуды импульсов?
8.6 Что происходит со спектром ППИ при изменении формы импульсов?
8.7 Для чего определяют спектры ППИ на практике?
8.8 Чем определяется ширина спектра ППИ?
8.9 Поясните, как определить ширину спектра по спектральной диаграмме ППИ.
8.10 Чему равна ширина спектров ППИ, исследуемых в работе?
8.11 В чём достоинства и недостатки программного метода анализа спектров?
8.12 Как изменяется спектр фаз при инверсии временной диаграммы сигнала?
9 СОДЕРЖАНИЕ ЗАЧЁТА
Студент должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.
Лабораторная работа № 3
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛА В НЕЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ
1 ЦЕЛИ РАБОТЫ
1.1 Наблюдать временные диаграммы на входе и выходе нелинейного элемента в разных режимах работы.
1.2 Исследовать преобразование спектра отклика нелинейного элемента в зависимости от его режима работы.
2 ЛИТЕРАТУРА
2.1 Шинаков Ю.С., Колодяжный Ю.М. Теория передачи сигналов электросвязи. ─ М.: Радио и связь, 1989. ─ С. 61…68.
2.2 Панфилов И.П., Дырда В.Е. Теория электрической связи. ─ М.: Радио и связь, 1991. ─ С. 78…92.
2.3 Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC ─ М.: Солон-Р, 1999.─ С. 276…277.
3 ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ
3.1 Изучить по [2.1] и [2.2] преобразование сигналов при прохождении через нелинейную цепь.
3.2 Рассчитать и изобразить на спектральной диаграмме спектры отклика нелинейной цепи при воздействии на нее гармонического сигнала, если угол отсечки q = 150°, частота воздействующего сигнала равна 1 кГц, а амплитуда воздействующего сигнала равна в вольтах порядковому номеру записи фамилии студента в учебном журнале.
3.3 Подготовить бланк отчета.
3.4 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.
Примечание: Лабораторную работу можно выполнить дома, а результаты в электронном варианте переслать по адресу Prashkovich @ tut.by или представить преподавателю на гибком диске.
4 ВОПРОСЫДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
4.1 С какой целью проводится аппроксимация вольтамперных характеристик (ВАХ)?
4.2 Какие виды аппроксимации ВАХ Вы знаете?
4.3 Как определить угол отсечки по осциллографу?
4.4 Приведите примеры линейных и нелинейных двухполюсников и четырехполюсников. Поясните их особенности.
4.5 Приведите классификацию нелинейных элементов.
4.6 Дайте определение линейной, нелинейной и параметрической цепи.
4.7 Назовите параметры нелинейных элементов.
4.8 Что называют откликом цепи?
4.9 Что содержит отклик нелинейной цепи на гармоническое воздействие?
4.10 Как изменится отклик нелинейной цепи, если амплитуда воздействия уменьшится? Характеристика нелинейной цепи аппроксимируется полиномом
i = ао + аI u + а2 u 2.
4.11 Телефонный сигнал передается по каналу с большими нелинейными искажениями, какие параметры сигнала изменяются?
4.12 Поясните смысл статических, дифференциальных и усредненных параметров нелинейных элементов.
4.13 Перечислите особенности прохождения сигналов через параметрические цепи.
5 АППАРАТНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
5.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).
5.2 Графический манипулятор мышь.
5.3 Программа Electronics Workbench 5.12.
5.4 Принтер.