Учебное пособие 800161

Задание и вопросы для лабораторной работы

Упрощенная схема макета лабораторной работы приведена на рис. 27.

Рис. 27. Упрощенная схема макета лабораторной работы

Основу макета составляет исследуемый LC - автогенератор на транзисторе VT1 с контуром LкСк и трансформаторной ОС (катушка связи Loc). Ввиду более простой конструктивной реализации регулировка величины связи осуществляется не путем изменения связи между катушками Lк и Loc, а введением делителя R2 «Kос», с помощью которого напряжение ОС составляет лишь часть напряжения на катушке Lос, снимаемого между движком потенциометра R2 и его нижним выводом. Переключатель S1 «Вид работы» позволяет разрывать ОС (положение «Избирательный усилитель») для снятия статической характеристики VT1 и при исследовании колебательных характеристик.

39

Для исследования переходных процессов в АГ в макете имеется транзисторный ключ, подключенный параллельно контуру генератора. Когда транзисторный ключ открыт, он шунтирует контур генератора и колебания в нем срываются. При закрывании транзисторного ключа происходит самовозбуждение АГ. Частота переключения ключа задается с внешнего звукового генератора, если он подключен к клеммам «uзг» и переключатель S2 «Процесс» находится в положении «Переходн.», а фаза может изменяться на 1800 при переводе переключателя S3 «Пер. проц» из положения «Нарастание» в положение «Затухание» путем введения инверсии в управляющее напряжение uзг.

Для проведения замеров на переднюю панель макета выведены гнезда: uз= – напряжение uз транзистора VT1; uз≈ – переменное напряжение на затворе транзистора; uк1 – выходное напряжение генератора. Встроенный амперметр позволяет контролировать постоянную составляющую коллекторного тока VT1 при изменении рабочей точки (потенциометром R3

«uз»).

Для исследования переходных процессов методом фазового портрета на панель макета выведены три клеммы: «X», «Y», на которые, выведены выходное напряжение генератора и его производная (с дифференцирующей цепочки СфRф), а также «Z», на которую подается импульсное напряжение, используемое для модуляции яркости луча осциллографа.

Примечание: для получения фазового портрета на экране осциллографа вход вертикального отклонения подключают к клеммам «Y» макета, развертку отключают и подают на вход «X» напряжение с клемм «X» макета, а напряжение с клемм «Z» - на вход «Z» осциллографа.

1. Снятие сток – затворной характеристики Iк = f(uз) нелинейного элемента VT1. Подключить вольтметр к гнездам uз= макета и использовать для измерения постоянного напряжения uз. Установить переключатель «Процесс» в положение

40

«Стац.», а переключатель «Вид работы» – в положение «Избират. усилитель».

1.1.Меняя напряжение uз потенциометром «uз=» и фиксируя ток стока транзистора Iк встроенным в макет миллиамперметром, а напряжение uэ – вольтметром, снять зависимость Iк = f(uз). Напряжение uз менять так, чтобы ток менялся от 0 до значений, при которых эта зависимость станет линейной.

1.2.Построить график сток - затворной характеристики транзистора и выбрать на нем точки, соответствующие мягкому и жесткому режимам самовозбуждения АГ. Записать параметры этих точек.

2. Исследование колебательных характеристик uк1 = f1(uэ1) для мягкого и жесткого режимов самовозбуждения. Положение переключателей макета прежнее. Подключить звуковой генератор к клеммам «uзг» макета, а вход «Y» осциллографа – к клеммам «uк1». Установить выходное напряжение звукового генератора не более 10мВ. Настроить, изменяя частоту ЗГ, контур исследуемой схемы в резонанс, зафиксировав его по максимуму размаха колебаний на экране осциллографа. Записать значение f0.

2.1.Потенциометром uз= установить смещение uз, соответствующее мягкому режиму самовозбуждения LC – автогенератора. Положение рабочей точки можно контролировать постоянной составляющей тока Iк, фиксируемой встроенным в макет миллиамперметром.

Постепенно увеличивая выходное напряжение ЗГ от uз1 = 0 до uз1 max = (20 - 30) мВ и фиксируя амплитуду uк1 на экране осциллографа, снять зависимость uк1 = f(uз1) колебательной характеристики для мягкого режима самовозбуждения.

2.2. Потенциометром uз= установить смещение, соответствующее жесткому режиму самовозбуждения. Снять колебательную характеристику для жесткого режима возбуждения.

41

2.3. Построить графики колебательных характеристик мягкого и жесткого режимов самовозбуждения.

3.Снятие характеристик ОС uз1 = φ1(uк1) Положение переключателей макета прежнее. Подключить ЗГ к клеммам «uзг» макета, а осциллограф – к клеммам «uк1». Установить частоту колебаний ЗГ равной f0, а его выходное напряжение таким, чтобы uк1 = (1 - 2) В. Записать величину uк1.

3.1.Подключить осциллограф к клеммам «uз» и, меняя положение движка потенциометра «Kос» через одно деление, с помощью осциллографа замерить соответствующие показания uэ1.

3.2.Рассчитать значения Kос1 = uэ11/uк1, соответствующие отельным положениям движка «Kос» и построить на одном рисунке с колебательными характеристиками графики характеристик ОС.

4.Исследование зависимости стационарной амплитуды колебаний от величины ОС. Подключить осциллограф к клеммам «uк1» макета. Переключатель «Вид работы» поставить в положение «Избират. усилит.» и потенциометром «uз1» установить рабочую точку, соответствующую мягкому режиму самовозбуждения АГ.

4.1.Потенциометр «Kос» поставить в положение Kос = 0 и перевести переключатель «Вид работы» в положение «Генерация». Увеличивая Kос от нулевого значения до максимального, снять зависимость uк10 = φ(Kос). Определить и записать величину Kос кр. Снять зависимость uк10 = φ(Kос), уменьшая величину Kос от максимального значения до 0.

4.2.Перевести переключатель «Вид работы» в положение «Избират. усилит.». Потенциометром «uэ=» установить рабочую точку в положение, соответствующее жесткому режиму самовозбуждения АГ. Перевести тумблер «Вид работы» в положение «Генерация».

Снять зависимость uк10 = (Kос) увеличивая Kос от 0 до Kос max. Зафиксировать величину Kос кр1.

42

Снять зависимость uк10 = (Kос) увеличивая Kос от Kос max до 0. Зафиксировать величину Kос кр2.

1.3. Построить на отдельных рисунках графики зависимостей стационарной амплитуды колебаний от величины сигнала для мягкого и жесткого режимов самовозбуждения. Проверить, совпадает ли вид этих зависимостей с теоретическими.

2. Исследование переходных процессов в АГ. Собрать лабораторную установку в соответствии с блоксхемой (рис. 28). Переключатель «Процесс» установить в положение «Перех.», «Вид работы» – «Генерация». Ручка потенциометра «Kос» – в среднем положении.

Рис. 28. Блок-схема лабораторной установки

На выходе генератора выставить амплитуду сигнала порядка 20-30 В и подобрать частоту его так, чтобы на экране осциллографа наблюдалось 5-6 неподвижных витков спирали (частота должна быть примерно на порядок меньше резонансной частоты колебательного контура АГ). Установить переключатель «Пер. проц.» в положение «Нарост.» и добиться устойчивой картины на осциллографе и зарисовать фазовый портрет. Установить переключатель «Перех. проц.» в положение «Затух.» и повторить.

43

Содержание отчета

1. Таблицы и графики экспериментальных исследова-

ний.

2.Осциллограммы фазовых портретов.

3.Выводы о полученных экспериментальных зависимо-

стях.

Контрольные вопросы

1.Сформулировать условие стационарности колебаний.

2.Записать условия баланса фаз и баланса амплитуд и пояснить их физический смысл.

3.Что такое колебательная характеристика?

4.Охарактеризовать мягкий режим самовозбуждения.

5.Охарактеризовать жесткий режим самовозбуждения.

6.Показать причины, приводящие к возникновению гистерезиса и кривой зависимости uк10 = f(Kос) при жестком режиме возбуждения.

44

Лабораторная работа №9 Исследование цифровых фильтров на ПК

Цель лабораторной работы заключается в исследовании процессов, происходящих в цифровых фильтрах (ЦФ).

Теоретические сведения

Структурная схема тракта устройства дискретной обработки сигнала представлена на рис. 29. Эпюры колебаний в различных сечениях схемы приведены на рис. 30.

Рис. 29. Структурная схема тракта устройства дискретной обработки сигнала

Рис. 30. Эпюры колебаний в различных сечениях

Входной сигнал s(t) подвергается сначала дискретизации по времени с помощью дискретизатора. Дискретизированный сигнал имеет вид последовательности равноотстоящих коротких импульсов, являющихся выборками сигнала sT(t).

45

Каждый из этих отсчетов в квантователе преобразуется в ступенчатый сигнал, в результате чего получается сигнал s’T. В свою очередь, этот сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) преобразуется в цифровую форму X(n) и подается для обработки в процессор.

В результате определенных математических операций (сложения, вычитания, умножения, задержки во времени), соответствующих заданному алгоритму, появляется сигнал Y(n). С помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) цифровой сигнал преобразуется в ступенчатый сигнал sT вых(t).

Синтезирующий фильтр (СФ) осуществляет преобразование sT вых(t) в континуальный выходной сигнал sвых(t). Важные преимущества цифровых фильтров – надежность в работе

истабильность характеристик, недостижимых в аналоговых фильтрах, возможность получения самых разнообразных АЧХ

иФЧХ. Недостатком остаются их сложность и ограниченное быстродействие.

АЧХ цифрового фильтра является передаточной функцией частоты (период повторения значений АЧХ равен частоте дискретизации сигнала f0 = 1/T) и зависит от коэффициента системной функции H(z) цифрового фильтра и периода дискретизации сигнала T. Если системная функция записана в виде

то частотная характеристика (комплексная) цифрового фильтра будет определяться выражением

Модуль этого выражения дает АЧХ цифрового фильтра. Примерный вид АЧХ цифрового фильтра низких частот представлена на рис. 31.

46

Задание и вопросы для лабораторной работы

1. Исследование амплитудно-частотной характеристи-

ки.

1.1. Убедиться в том, что коэффициенты системной функции ЦФ (исследуемый вариант указывает преподаватель) рассчитаны правильно.

Для выполнения этого пункта задания запустить программу, набрав первый режим работы, введя параметр режима R=1. Здесь и далее каждый ввод завершается нажатием клавиши. Затем по запросу программы ввести указанные в таблице параметры АЧХ ЦФ, коэффициенты его системной функции и период дискретизации.

1.2. Рассчитать и построить АЧХ ЦФ в диапазоне частот от 0 до 20fc (или 20f0).

Для выполнения этого пункта задания ввести по запросу программы значения минимальной (F2) и максимальной (F3), определяющие границы диапазона и вид представления результатов – график АЧХ. Зарисовать график АЧХ с экрана монитора, соединив точки плавной кривой.

Примечание: при выводе информации на экран монитора значения H(f) откладываются по горизонтали, ось «f» расположена вертикально, масштаб по оси «f» – линейный. Символами ++ размечается нулевая линия (ось f), а символами** – точки АЧХ.

48