Теория передачи сигналов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи

Амплитудная модуляция

Схема для исследования

Необходимо задать параметры генератора двоичных слов. Зарисовать графики исходного и модулированного сигналов.

Параметры устройств.

Генератор слов настраивается согласно рисунку:

Генератор несущей частоты настраивается на частоту 60HZ.

Ход работы:

Дискретизация непрерывных величин

Схема для исследования:

Необходимо задать прямоугольный сигнал на генераторе сигналов. Зарисовать сигнал на осциллографе без конденсатора и с подключенным конденсаторе при различных значениях частоты дискретизации.

Параметры устройств

Генератор исходного сигнала:

частота сигнала f_г = 1kHz

прямоугольная форма сигнала

Генератор частоты дискретизации:

частота сигнала f_д =2; 4; 8; 16 kHz

“Dutycycle” 10%

Ход работы:

Без конденсатора при частоте дискретизации 2 кГц.

Без конденсатора при частоте дискретизации 4 кГц.

Без конденсатора при частоте дискретизации 8 кГц.

Без конденсатора при частоте дискретизации 16 кГц.

С подключенным конденсатором при частоте дискретизации 2 кГц

С подключенным конденсатором при частоте дискретизации 4 кГц

С подключенным конденсатором при частоте дискретизации 8 кГц

С подключенным конденсатором при частоте дискретизации 16 кГц

Исследование спектра сигнала сложной формы

и их генерация.

Выполнение лабораторной работы следует начать со схемы, представленной на рис.1

рис.1

Схема представляет собой генератор с подключенным к нему осциллографом.

Необходимо задать параметры генератора и осциллографа – двойным щелчком мыши на устройстве. При этом появятся окна изображенные на рис. 2.

рис. 2

На генераторе задается частота (frequency), амплитуда (amplitude) и вид сигнала (с помощью трех кнопок). У осциллографа изменяем временную ось (timebase) и пределы отображаемых напряжений. На схеме генератор подключен к каналу А осциллографа.

Для выполнения лабораторной работы задайте частоту генерации – 1 kHz, и вид прямоугольный вид сигнала. Теперь запустите симуляцию и зарисуйте график сигнала с осциллографа. Кнопка “Expand” осциллографа позволяет увидеть сигнал в большем окне (чтобы вернуть изначальный размер окна нажмите “Reduce”).

Теперь необходимо произвести расчет амплитудно-частотного спектра. Для этого воспользуемся встроенной функцией Фурье-анализа.

Выберите меню “Analysis” и его пункт “Fourier”. Появится окно (рис.3)

Здесь необходимо задать количество рассчитываемых гармоник – 13 или 15. Основная частота (fundamentalfrequency) задается равной частоте генератора. Нажать кнопку Simulate для расчета. Появится окно, изображенное на рис.3.

рис.3

На горизонтальной оси графика отмечены частоты, на вертикальной амплитуды. Спишите полученные значения амплитуд для различных гармоник в виде:

Частота гармоники, кГц	Амплитудное значение, В

Для большей точности можно включить сетку – нажатием кнопки отмеченной красным цветом.

Аналогичные измерения необходимо сделать и для пилообразного сигнала.

Работа с данной схемой закончена. Выбираем пункт меню “File”, “New” и собираем схему изображенную на рис. 4:

рис. 4

количество задающих элементов (на схеме их 3) определяется количеством базовых частот. Они состоят из генератора сигнала, сопротивления и ключа.

Теперь настраиваем параметры устройств. Для этого необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на устройстве.

Параметры генераторов (рис. 5): поле Voltage задает напряжение, поле Frequency – частоту. Значения следует взять из таблиц полученных при расчете амплитудно-частотного спектра.

рис. 5

Параметры ключей (рис. 6): в поле Key запишите цифру, свою для каждого ключа. Теперь, нажимая на клавиатуре эти цифры, вы можете переключать ключи.

рис. 6

Делайте последовательные запуски симуляции, каждый раз включая новые генераторы. 1ый запуск – 1 генератор, 2ой запуск – 2 генератора, и т.д. Зарисуйте эпюры сигналов. Сделайте выводы о зависимости качества получаемого сигнала от количества исходных гармоник.

Выполните задание для 2 видов сигналов – прямоугольного и пилообразного.

Ход работы:

Частота гармоники, кГц	Амплитудное значение, В
1	12,5
3	4,3
5	2,6
7	1,9
9	1,4
11	1,2

Частота гармоники,кГц	Амплитудное значение,В
1	24.9
2	13
3	8.7
4	6.2
5	5.2
6	4.5
7	3.9
8	3.5
9	3.2
10	3
11	2.8

Лабораторная работа №7

"Исследование спектров модулированных сигналов"

Цель работы

Изучение модулированных сигналов в цифровых системах связи для разных видов модуляции (манипуляции) - АМ, ЧМ, ФМ и ОФМ при периодических модулирующих сигналов

Краткая характеристика исследуемых цепей и сигналов

В работе используется универсальный лабораторный стенд со сменным блоком МОДУЛЯТОР - ДЕМОДУЛЯТОР. (При установке блока в стенд необходимо переключить несущие частоты для модулятора f₁ и f₂ на более низкие - 7,8 и 15,6 кГц.Это вызвано ограниченной полосой спектроанализатора – F_max= 22 кГц).

На вход подаются цифровые сигналы от КОДЕРА - 1 (КОДЕР ИСТОЧНИКА), либо от аналого-цифрового преобразователя (АЦП), расположенного ниже КОДЕРА-1. Кнопочный переключатель ВИД МОДУЛЯЦИИ, расположенный над МОДУЛЯТОРОМ, устанавливает один из четырех видов модуляции. Каждое нажатие кнопки приводит к смене вида модуляции последовательно: “0” (когда модуляция не производится и выход модулятора соединён с его входом), АМ, ЧМ, ФМ, ОФМ, снова “0”, АМ … и т. д.

Два гнезда, расположенные ниже МОДУЛЯТОРА - s₁ и s₀ - позволяют изучать сигналы несущих частот, соответствующих выбранному виду модуляции.

В качестве измерительных приборов используется двухлучевой осциллограф и ПК в режиме спектроанализатора.

Ход работы:

Набираем тумблерами КОДЕРА-1 комбинацию из двух единиц и трех нулей (11000).

Получили осциллограммы сигналов на входе и выходе МОДУЛЯТОРА и рядом - спектры этих же сигналов.

Табл. №1

Комбинация из двух единиц и трех нулей (11000)

	1	2	3	4	5	6	7	0
Частота,f	134,5	274,5	409	549,1	689,06	823,6	958,2	1168
Амплитуда, А	2236	2430	1969	1762	878,5	900,5	535	0

1/Т=f₀/8,5=1168/8,5=137,5 1/с

Определим период:

Т=1/137,5=7·10^-3 с

Определим длительность импульса:

τ_u=1/f₀=1/1168=0,8·10^-3 c

Определим скважность:

Q=T/τ_u=8,3

Вывод:

Расчетная скважность, длительность импульса, период соответствует показаниям приборов.

Комбинацию из двух единиц и трех нулей (11000) с модуляцией АМ.

Получили осциллограммы сигналов на входе и выходе МОДУЛЯТОРА и рядом - спектры этих же сигналов.

Табл. №2

Комбинация из двух единиц и трех нулей (11000) с модуляцией АМ

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	0
Частота,f	8145	8220	8355	8495	8629	8770	8904	9038	9178	9318	9453	10481
Амплитуда, А	0	93	146	318	408	594	677	516	863	832	894	0

1/Т =(f_0верх-f_0ниж)/17=(10481-8145)/17=137,5 1/c

Определим период:

Т=1/137,5=7·10^-3 с

Определим длительность импульса:

1/τ_u=(f_0верх-f_0ниж)/2=(10481-8145)/2=1168 1/c

τ_u=1/1168=0,84·10^-3 c

Определим скважность:

Q=T/τ_u=8,3

Вывод:

Расчетная скважность, длительность импульса, период с комбинацией из двух единиц и трех нулей (11000) с модуляцией АМ соответствует показаниям приборов.

Набираем тумблерами КОДЕРА-1 комбинацию из трех единиц и двух нулей (11100).

Получили осциллограммы сигналов на входе и выходе МОДУЛЯТОРА и рядом - спектры этих же сигналов.

Табл. №3

Комбинация из трех единиц и двух нулей (11100)

	0	1	2	3	4	5
Частота,f	726	135	275	409	549	684
Амплитуда, А	0	3265	3251	2195	1411	501

1/Т=f₀/6=726/6=121 1/с

Определим период:

Т=1/121=8·10^-3 с

Определим длительность импульса:

τ_u=1/f₀=1/726=1,3·10^-3 c

Определим скважность:

Q=T/τ_u=6,1

Вывод:

Расчетная скважность, длительность импульса, период соответствует показаниям приборов.

Комбинацию из трех единиц и двух нулей (11100) с модуляцией АМ.

Получили осциллограммы сигналов на входе и выходе МОДУЛЯТОРА и рядом - спектры этих же сигналов.

Табл. №4

Комбинация из трех единиц и двух нулей (11100) с модуляцией АМ

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	0
Частота,f	8549	8629	8769	8904	9044	9178	9318	9453	9593	9727	9862	10002	10093
Амплитуда, А	0	154	476	756	1047	1261	1251	1305	953	840	427	184	0

1/Т =(f_0верх-f_0ниж)/12=(10093-8549)/12=124 1/c

Определим период:

Т=1/124=7,9·10^-3 с

Определим длительность импульса:

1/τ_u=(f_0верх-f_0ниж)/2=(10093-8549)/2=7,72 1/c

τ_u=1/7,72=1,29·10^-3 c

Определим скважность:

Q=T/τ_u=6,1

Вывод:

Расчетная скважность, длительность импульса, период с комбинацией из трех единиц и двух нулей (11100) с модуляцией АМ соответствует показаниям приборов.

Получили осциллограмму с модулирующей частотой ФM Спектральный анализ не воможен.

Получили осциллограмму с модулирующей частотой ОФМ. Спектральный анализ не возможен

Вывод:

Опытным путем пришли к выводу что расчетная скважность, длительность импульса, период с комбинацией из трех единиц и двух нулей (11100) и с комбинацией из двух единиц и трех нулей (11000) соответствует показаниям приборов. Частоты ФМ и ОФМ имеют осциллограмму спектральный анализ которых невозможен.

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Московский государственный университет путей сообщений

Нижегородский филиал

отчет по лабораторным работам

ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

«теория передачи сигналов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи»

Выполнил:

Студент 4 курса

Яшин М.Ю

Шифр 0960-ц/АТС - 1079

Проверил:

Иванов В.П..

Нижний Новгород 2012