Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ БЕЗЫНЕРЦИОННЫМИ НЕЛИНЕЙНЫМИ ЗВЕНЬЯМИ (ЧАСТЬ 2)
Цель работы: Изучить использование преобразовательных свойств безынерционных нелинейных звеньев при реализации устройств каналов связи.
Задачи работы:
ВВЕДЕНИЕ.
Нелинейные свойства в большей или меньшей мере обнаруживаются практически во всех элементах электронных схем, и они оказывают существенное влияние на работу устройств каналов связи. В одних случаях нелинейные свойства совершенно необходимы для обеспечения преобразования сигналов, в других – оказывают негативное влияние на работу устройств, которые по своему назначению должны быть линейными. В каждом из таких приложений возникает необходимость воздействовать на параметры элементов, с целью получения наилучшего результата.
В данной лабораторной работе в качестве примеров устройства, реализующих преобразовательные свойства нелинейностей, рассматриваются детектор огибающей и умножитель частоты гармонического сигнала. Здесь за счет оптимизации параметров нелинейности, параметров сигналов и параметров линейных звеньев, входящих в состав устройства, стремиться наилучшим образом использовать нелинейность для достижения наибольшего значения коэффициента преобразования, наибольшего соотношения сигнал-шум и т.д.
Примером другого класса устройств, рассматриваемых в данной работе, является радиочастотный усилитель, который по своему назначению является линейным устройством. Однако, в силу наличия даже слабых нелинейностей активных элементов (транзисторов, ИМС, электронных ламп) и действии на его входе сигналов значительного уровня, может быть источником интермодуляционных помех и паразитных каналов приема. Упрощенные схемы вышеназванных устройств приведены на рис.1,2,3.
В состав устройств кроме нелинейного элемента, представленного диодами или транзисторами, входят цепи подачи начального смещения, позволяющие задавать нужный режим нелинейного элемента, цепи согласования, обеспечивающие наилучшие условия передачи мощности сигнала в нелинейный элемент и от нелинейного элемента в нагрузку и полосовые фильтры, определяющие границы спектров сигналов.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Несмотря на заметное различие схем устройств, все они могут быть промоделированы в пакете SystemView с помощью моделей имеющих общую основу включающих источники сигналов, собственно нелинейность, фильтры, а так же средства регистрации и обработки результатов моделирования. Различия состоят в используемых входных сигналах, параметрах нелинейности и фильтров, измеряемых величинах, обработке и интерпретации результатов измерений.
Так при исследовании детектора огибающей источником входного сигнала является амплитудный модулятор, а задача исследования состоит в оценке качества восстановления передаваемого сообщения, представленного гармоническим сигналом при использовании различных видов нелинейностей и для различных параметрах сигналов. Как показатели качества здесь могут быть использованы коэффициент нелинейных искажений восстановленного сигнала (см. лаб. №8)
где - мощность -ой гармоники выходного сигнала в абсолютных единицах измерения,
и потери детектирования
,
где - соотношение сигнал шум на входе и выходе детектора огибающей в децибелах.
При исследовании умножителя частоты входной сигнал – гармонический, а задача исследования состоит в нахождении оптимальных параметров нелинейности, обеспечивающих наибольший энергетический коэффициент полезного действия
,
где - мощность гармонического сигнала на входе умножителя, - мощность полезной гармоники на выходе умножителя, а так же набольшую спектральную чистоту формируемой выходной гармоники. Количественным показателем спектральной чистоты может быть коэффициент подавления побочных компонент
,
где - мощность максимальной по уровню побочной гармонической компоненты в выходном сигнале умножителя.
При исследовании усилителя со слабой нелинейностью задача состоит в оценивании защищенности усилителя от паразитного влияния на его работу внеполосных сигналов значительного уровня. Входным сигналом в этом исследовании является двухтоновый сигнал, диапазон перестройки которого может изменяться в широких пределах
.
Здесь одна из компонент, например, с частотой считается полезным сигналом, а вторая, с близкой ей частотой - помехой.. В качестве показателя защищенности усилителя от действия сигналов значительного уровня можно использовать уровень сигнала на входе усилителя, при котором на выходе усилителя мощность интермодуляционной компоненты второго порядка с частотой
или компоненты третьего порядка с частотой
или
сравняются с мощностью полезной усиленной компоненты c с частотой .
1.Загрузить исполняющий файл DetEnvelope.svu.(см. рис. 4). Записать параметры модулей модели. Модули №№ 1-6 отображают источник модулированного сигнала, модули №№ 7,8 отображают нелинейный детектор АМ сигнала, модули №№ 9,10 отображают линейный синхронный детектор. Запустить модель на цикл моделирования.
Рис. 4.- Структурная схема модели детектора огибающей.
2. Построить спектры сигналов на выходе нелинейного и линейного детекторов, используя при этом взвешивающее окно Ханнинга и вычисляя спектр амплитуд в логарифмическом масштабе. Сравнить спектры и объяснить различие.
3.Скорректировать нелинейность, введя в ее описание кубический член с весовым коэффициентом 0,1. Выполнить п.2
4.Заменить квадратичную нелинейность нелинейностью вида «модуль» (в терминах моделирующего пакета - Rectify ) -выполнить п.2.
5.Рассчитать коэффициент нелинейных искажений выходного сигнала нелинейного детектора для пп.2,3 и 4. Сравнить результаты для квадратичного детектора и детектора с нелинейностью вида «модуль».
6. Восстановить исходную схему п.1. Ввести в состав сигнала, отображающего сообщение гауссов белый шум со среднеквадратическим отклонением 0,5В. Определить соотношение сигнал-шум в восстановленном сообщении на выходе нелинейного и линейного детекторов. Вычислить потери детектирования. Повторить этот опыт для значений амплитуды входного сигнала в диапазоне 0,5-10В (5-7 точек). Построить график потерь преобразования от уровня входного сигнала.
7. Загрузить модель FreqMult.svu.(см. рис.5). Записать параметры модулей и настройки модели. Запустить модель на цикл моделирования.
Рис.5.- Структурная схема модели умножителя частоты гармонического сигнала.
8.Построить спектры амплитуд в логарифмическом масштабе для выходного сигнала нелинейности и для выходных сигналов полосовых фильтров. Использовать взвешивающее окно Ханнинга. Сравнить спектры между собой и сделать выводы относительно спектрального состава сигналов.
9.Оценить уровни полезной компоненты и уровни побочных компонент для выходного сигнала каждого полосового фильтра. 10.Вычислить энергетические коэффициенты полезного действия и коэффициенты подавления побочных компонент по каналам формирования 2-й и 3-й гармоники входного сигнала.
11.Уменишить значение коэффициента разложения при кубическом слагаемом в аппроксимирующем полиноме нелинейности с 1 до 0,1 и выполнить п.10. Восстановить исходное значение измененного коэффициента и уменьшить до 0,1 коэффициент разложения при квадратичном слагаемом в аппроксимирующем полиноме нелинейности и выполнить п.10. Используя аналитическое выражение аппроксимирующего полинома и известные значения коэффициентов разложения построить графики статической характеристики нелинейности для каждого из рассматриваемых здесь частных случаев. Диапазон входного сигнала определяется диапазоном изменения мгновенных значений входного сигнала. Сделать выводы относительно влияния вида и параметров нелинейности на энергетическую эффективность и спектральную чистоту.
12.Загрузить модель IntermodAmp.svu.(см. рис.6). Записать параметры модулей и настройки модели. Запустить модель на цикл моделирования.
13. Получить спектры амплитуд в логарифмическом масштабе для выходного и выходного сигналов нелинейности. Использовать взвешивающее окно Ханнинга. Сравнить спектры между собой и сделать выводы относительно изменения спектрального состава сигналов при преобразовании его нелинейностью. Оценить уровни полезной компоненты, помехи и интермодуляционных компонент второго и третьего порядка.
14.Изменяя коэффициент передачи усилителя 3 в диапазоне от 0,01 до 10 построить зависимости уровня усиленного сигнала и интермодуляционных компонент 2-го и 3-го порядка от уровня входного сигнала. Привести график зависимостей в единой системе координат. Сделать выводы относительно свойств усилителя.
15. Уменьшить до 0,01 коэффициент разложения при кубическом слагаемом в аппроксимирующем полиноме нелинейности и выполнить п.14.
Рис. 6.- Структурная схема модели усилителя со слабой нелинейностью.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.
ЛИТЕРАТУРА.
Рис. 1 Детектор огибающей а) и статическая характеристика нелинейного элемента б)
б)
а)
Uвх
0
Uвых нэ
Э
Z1
R1
Т1
Uвых нэ
Ucм
VD2
VD1
Uвых
Uвх
C2
C1
L2
L1
VD2
Uвх
Uвх
0
Uвых нэ
Рис. 2 Умножитель частоты а) и статическая характеристика нелинейного элемента б)
б)
а)
НЭ
Z1
Uвых нэ
VD1
Uвых
Т2
-Uп
VТ2
НЭ
Z1
+Uп
Т1
Uвых нэ
Ucм
VТ1
Uвых
Uвх
Uвх
0
Uвых нэ
Рис. 3 Радиочастотный усилитель а) и статическая характеристика эквивалентной нелинейности б)
б)
а)