Работа 13. Детектирование ФМ и ЧМ сигналов

 

Работа «Детектирование ФМ и ЧМ сигналов» содержит пять заданий:

1. Снятие характеристики детектирования фазового детектора.

2. Исследование влияния индекса модуляции (М) ФМ сигнала на форму и уровень выходного сигнала фазового детектора.

3. Исследование влияния фазового сдвига ФМ сигнала в линии связи на выходное напряжение фазового детектора.

4. Снятие статической характеристики детектирования частотного детектора и определение оптимальных параметров ЧМ сигнала при dF = 5 кГц.

5. Снятие статической характеристики детектирования частотного детектора и определение оптимальных параметров ЧМ сигнала при dF = 10 кГц.

В данной работе в качестве частотного детектора используется частотный дискриминатор, реализующий метод преобразования ЧМ в ФМ с последующим фазовым детектированием.

Для снятия статических характеристик детектирования (СХД) частотных детекторов (ЧД) при выполнении заданий 4 и 5 используется графопостроитель СХД ЧД (рис. 27). Для снятия СХД в ручном режиме (по точкам) имеется движковый регулятор «Частота Fвх входного сигнала». Возможна автоматизация процесса снятия СХД нажатием кнопки «СХД». Преобразователь вида модуляции ЧМ => ФМ реализован в двух вариантах, как идеальный (опция «Идеал» с АЧХ вида К(f – f₀) = 1 и линейной ФЧХ φ (f) = k(f – f₀)), так и реальный (опция «LC» на одиночном колебательном контуре

).

Имеются органы настройки этих преобразователей «Настройка f₀ (кГц)» и «Полоса пропускания dF (кГц)».

 

Задание 1

Рассмотрите и зафиксируйте схему исследования (приемник), содержащий два синхронных детектора. Гармонические колебания с частотой f = 20 кГц от опорного генератора поступают на перемножители детекторов с разностью фаз 90°. Если в качестве входного сигнала использовать ФМ сигнал с несущей частотой F_нес = 20 кГц, то синхронный детектор работает как фазовый (ФД).

Снимите характеристику детектирования фазового детектора (зависимость выходного напряжения от разности фаз входного и опорного колебаний). Для этого на входе s3(t) детекторов первоначально установите сигнал в виде последовательности треугольных импульсов (размах А = 1 В, частота следования F = 1 кГц, длительность dT = 0, 5 мс) без постоянной составляющей и выведите его по 1-му каналу наблюдения (пункты меню «Сигналы» / «s3(t)» при включенном разделительном конденсаторе Ср). Затем установите на этом же входе s3(t) ФМ сигнал, модулированный вышеуказанными треугольными импульсами при F_нес = 20 кГц и индексе модуляции М = 3, 2, и выведите его по 2-му каналу наблюдения.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности по каналам:

1) модулирующие треугольные импульсы,

2) ФМ сигнал на входе s3(t) (т. 15),

3) на выходе ФНЧ (F_в = 10 кГц) ФД2 (т. 14),

4) на выходе ФД1 (т. 13).

Обратите внимание на то, что по причине линейного закона изменения фазы входного ФМ сигнала форма выходных напряжений ФД совпадает с формой их характеристик детектирования.

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

Детектирование ФМ сигнала возможно с помощью синхронного детектора (СД), обладающего как амплитудной, так и фазовой чувствительностью. Если на вход СД подать ФМ сигнал

,

то на выходе его перемножителя сигналов получим

.

После НЧ фильтрации (устранения составляющей с суммарной частотой ω _с + ω _г) в этом выражении останется только второе слагаемое, которое при совпадении частоты ω _г опорного генератора с несущей частотой ω _с ФМ сигнала примет вид

.

Для достижения линейности этой зависимости в области малых значений u_мод(t) и сохранения реакции на

знак u_мод(t) следует от cos перейти к sin, что достигается фазовым сдвигом 90° между несущим и опорным колебаниями. В результате характеристика детектирования фазового детектора принимает S‑ образный вид

,

что подтверждается проведенным экспериментом.

 

Задание 2

Исследуйте зависимость выходного напряжения ФД от индекса модуляции М входного ФМ сигнала. Для этого устанавливайте на входе s3(t) ФМ сигналы, модулированные треугольными импульсами из задания 1 при F_нес = 20 кГц и разных индексах модуляции М, и выводите их по 1-му каналу наблюдения.

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности по каналам:

1) ФМ сигнал на входе s3(t) (т. 15),

(ФНЧ ФД с F_в = 10 кГц)

2) на выходе ФД2 при М = 1, 5 (т. 14),

3) на выходе ФД2 при М = 1 (т. 14),

4) на выходе ФД2 при М = 0, 5 (т. 14).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

 

Комментарии и выводы

Как было показано в комментариях к заданию 1, характеристика детектирования фазового детектора имеет вид

.

Из нее следует, что с уменьшением девиации фазы уменьшается величина нелинейных искажений выходного сигнала ФД и его уровень, что подтверждается проведенным экспериментом.

 

Задание 3

Исследуйте зависимость выходного напряжения ФД от фазового сдвига в линии связи ФМ сигнала (F_нес = 20 кГц, М = 1). Для этого установите на входе s3(t) ФМ сигнал, модулированный импульсами косинусоидальной формы при угле отсечки 90° (размах А = 1 В, частота следования F = 1 кГц).

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в следующей последовательности по каналам:

1) модулирующий сигнал,

2) ФМ сигнал на входе s3(t) (т. 15),

3) на выходе ФД2 при фазовом сдвиге в линии связи 0° (т. 14),

4) на выходе ФД2 при фазовом сдвиге в линии связи 180° (т. 14).

Сделайте выводы по результатам наблюдений.

Комментарии и выводы

Как было показано в комментариях к заданию 1, характеристика детектирования фазового детектора имеющая вид

,

обладает нечетной симметрией, и, следовательно, ФД реагирует на полярность входного сигнала, что подтверждается проведенным экспериментом.

 

Задание 4

1. Снимите статическую характеристику детектирования (СХД) частотного детектора U13 = f (Fвх) при использовании идеального преобразователя «ЧМ => ФМ» с полосой пропускания dF = 5 кГц в диапазоне частот 15 – 25 кГц. Для изменения Fвх используйте регулятор частоты входного гармонического сигнала. Снимите (нажатием кнопки «СХД») не менее 100 точек для построения графика СХД.

2. Повторите п.1, сменив идеальный преобразователь ЧМ => ФМ на реальный (LC).

3. Определите по СХД оптимальные параметры ЧМ сигнала (несущую частоту Fнес и максимально допустимый индекс модуляции М) для частотного детектора с реальным преобразователем ЧМ => ФМ (LC).

3.1. Откройте меню «Сигналы / s3(t)» и настройте появившийся генератор на гармонический сигнал с частотой 1 кГц (форма «Cos», угол отсечки 180 градусов при выключенном модуляторе) и выведите этот сигнал по каналу 1.

3.2. Вызовите вновь генератор сигналов, включите частотный модулятор с ранее определенными (в п.1) оптимальными параметрами ЧМ сигнала и выведите его по каналу 2.

3.3. По каналу 3 выведите сигнал с выхода ЧД (т.13).

3.4. Удвойте индекс модуляции в два раза и выведите по каналу 4 сначала ЧМ сигнал, а затем сигнал с выхода ЧД (т.13).

Комментарии и выводы

Частотный детектор (ЧД) можно построить по методу преобразования ЧМ сигнала в ФМ сигнал с последующим фазовым детектированием. Если использовать идеальный преобразователь «ЧМ => ФМ» (с линейной фазо-частотной характеристикой во всей полосе частот, занимаемой спектром ЧМ сигнала), то статическая характеристика детектирования (СХД) такого ЧД аналогична СХД фазового детектора

.

При использовании в качестве преобразователя «ЧМ => ФМ» колебательного LC контура СХД приобретает вид [Л. 2, стр. 95]

,

где – обобщенная расстройка, Q – добротность контура.

 

Задание 5

Повтор задания 4 при полосе пропускания преобразователя «ЧМ => ФМ» dF = 10 кГц.

1. Снимите статическую характеристику детектирования (СХД) частотного детектора U13 = f (Fвх) при использовании идеального преобразователя «ЧМ => ФМ» с полосой пропускания dF = 10 кГц в диапазоне частот 15 – 25 кГц. Для изменения Fвх используйте регулятор частоты входного гармонического сигнала. Снимите не менее 100 точек для построения графика СХД.

2. Повторите п.1, сменив идеальный преобразователь «ЧМ => ФМ» на реальный (LC).

3. Определите по СХД оптимальные параметры ЧМ сигнала (несущую частоту Fнес и максимально допустимый индекс модуляции М) для частотного детектора с реальным преобразователем «ЧМ => ФМ» (LC).

3.1. Откройте меню «Сигналы / s3(t)» и настройте появившийся генератор на сигнал в виде треугольных импульсов с частотой 1 кГц (форма «Треуг.», длительность 0, 5 мс при выключенном модуляторе) и выведите этот сигнал по каналу 1.

3.2. Вызовите вновь генератор сигналов, включите частотный модулятор с ранее определенными (в п.1) оптимальными параметрами ЧМ сигнала и выведите его по каналу 2.

3.3. По каналу 3 выведите сигнал с выхода ЧД (т.13).

3.4. Удвойте индекс модуляции в два раза и выведите по каналу 4 сначала ЧМ сигнал, а затем сигнал с выхода ЧД (т.13).

Комментарии и выводы

Частотный детектор (ЧД) можно построить по методу преобразования ЧМ сигнала в ФМ сигнал с последующим фазовым детектированием. Если использовать идеальный преобразователь «ЧМ => ФМ» (с линейной фазо-частотной характеристикой во всей полосе частот, занимаемой спектром ЧМ сигнала), то статическая характеристика детектирования (СХД) такого ЧД аналогична СХД фазового детектора

.

При использовании в качестве преобразователя «ЧМ => ФМ» колебательного LC контура СХД приобретает вид [Л. 2, стр. 95]

,

где – обобщенная расстройка, Q – добротность контура.

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: