close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

TES praktika 8

код для вставкиСкачать
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет прикладной математики и телекоммуникаций
Кафедра радиоэлектронных средств
Отчёт по дисциплине "Теория электрической связи".
Практическое задание №8.
Исследование прохождения смеси сигнала и шума
через нелинейную схему.
Вариант №13.
Выполнил студент гр. ТК-32______________________ /Царев А./
(подпись)
Проверил преподаватель______________________ /Корепанов А.Г./
(подпись)
Киров 2012 Цель работы: изучить прохождения смеси сигнала и шумачерез нелинейную схему.
Используемые программные и аппаратные средства: ПК IBM PC совместимый Р1-75+ МГц, ОЗУ 16+ Mb, HDD 270+ Mb, OC Windows 95+, программа Model из пакета ППП MicroCAP 7.0.
Задание
Исследование передачи смеси сигнал+шум через нелинейную схему. Частота несущей: fвх = 90 кГц.
Частота огибающей: fвх = 3000 Гц.
Коэффициент модуляции: Км =0,55.
Сопротивление нагрузки: Rн = 5600 Ом.
Нелинейной схемой является амплитудный детектор, в котором присутствует нелинейный элемент - диод. Возможны два режима работы детектора: первый режим, когда амплитуда сигнала не менее 1В, в этом случае имеет место линейное детектирование (работа детектора на линейном участке ВАХ диода); второй - когда амплитуда менее 1В (не превосходит 0,1 - 0,2В) - квадратичное детектирование (квадратичный участок ВАХ диода). На рисунке 1 представлена ВАХ диода.
Рисунок 1 - ВАХ диода
Рассмотрим работу детектора на разных участках ВАХ диода отдельно.
1 Исследование передачи смеси сигнал+шум через нелинейную схему с диодом, работающим на линейном участке ВАХ
1.1 Расчет амплитудного детектора по заданным параметрам. Схема детектора показана на рисунке 1.1.
Чтобы детектор работал в режиме линейного детектирования (на линейном участке ВАХ диода) амплитуда входного сигнала должна быть не менее 1В. Зададимся Uвх=10 В.
Так же ток через диод должен быть больше 0.5А, I > U/R = 0,5 А. R < 20 Ом .
Выбор диода исходя из следующих соображений:
fmax > 90 кГц;
Umax > 10 В;
Imax > Umax/R = 0,6 А.
Таким требованиям удовлетворяет диод 2Д237A (Iпр max = 1 А, Uобр max = 100 В, fгр=300кГц).
Расчет LC фильтра:
2πf_м=1/√CL;
Зададимся значением индуктивности катушки: L=10 мГн, тогда
C=1/(4π^2 f_м^2 L)=1/(4π^2 〖∙3000〗^2∙0,01)=282 нФ.
Значение из ряда E24 C=300 нФ К10-17 300 нФ 50 В ±10%
Расчет разделительного конденсатора:
R_н≫X_c; C_р=1/(2π∙f_м∙R_н )=1/(6,28∙3000∙5600)=9 нФ.
Значение из ряда E24 C_р=11 нФ К10-17 11 нФ 50 В ±10%.
На рисунке 1.2 представлена осциллограмма и спектр сигнала на выходе такого АМ - детектора, ниже рассчитан коэффициент гармоник:
Рисунок 1.2 - Осциллограмма и спектр сигнала на выходе АМ-детектора
K_г=√(U_2^2+U_3^2+U_4^2+...)/U_1 =√(807,86∙〖10〗^(-6)+176,15∙〖10〗^(-6)+95,53∙〖10〗^(-6) )/12,015=0,27%
1.2 Прохождение смеси сигнал+шум через детектор (линейное детектирование).
На рисунке 1.3 представлена изучаемая схема АМ - детектора с источником шума:
Рисунок 1.3 - Схема АМ - детектора с источником шума
На рисунке 1.4 представлена осциллограмма и спектр сигнала с шумом на входе (АМ - сигнал с шумом).
Рисунок 1.4 - Осциллограмма и спектр сигнала с шумом на входе
На рисунке 1.5 представлена осциллограмма и спектр сигнала с шумом на выходе.
Рисунок 1.5 - Осциллограмма и спектр сигнала с шумом на выходе
K_г=√(U_2^2+U_3^2+U_4^2+...)/U_1 =√(473,41∙〖10〗^(-6)+161,8∙〖10〗^(-6)+72,62∙〖10〗^(-6) )/11,383=0,23%
На рисунке 1.6 представлена взаимокорреляционная функция вход/выход и автокорреляционная функция сигнала на выходе:
Рисунок 1.6 - Взаимокорреляционная функция вход/выход и автокорреляционная функция сигнала на выходе
Рассчитаем соотношение С/Ш на входе и выходе схемы при данных параметрах схемы и входного сигнала:
Отношение с/ш на входе:
Информацию несет только огибающая АМ сигнала, поэтому амплитуда сигнала: U=U_вх∙Км =10∙0,55=5,5 В Размах шума на входе: U_швх=8 В
〖С/Ш〗_вх=U_вх/σ_швх = 6U/U_швх =(6∙5.5)/8=4,125=20∙lg⁡4,125=12,3 дБ
Амплитуда сигнала на выходе при отключенном источнике шума: U_вых=13,6 В
Размах шума на выходе при нулевой модулирующей частоте: U_швых=4,46 В
〖С/Ш〗_вых=U_вых/σ_швых = (6U_вых)/U_швых =(6∙13,6)/4,46=18,3=20∙lg13=25,25 дБ
В таблице 1.1 представлены значения отношения С/Ш на входе и выходе при разных частотных полосах шума.
Таблица 1.1 - Значения отношения С/Ш на входе и выходе при разных полосах шума
f_шU_швх, ВU_швых, В〖С/Ш〗_вх〖С/Ш〗_вых
50 кГц44,188,2519,5215389,104,1258,9670331214,342,755,6903771616,492,06254,9484542020,761,653,930636
100 кГц43,198,2525,5799488,324,1259,8076921210,712,757,6190481612,832,06256,3600942014,581,655,596708
500 кГц42,238,2536,5919384,464,12518,29596125,432,7515,02762169,242,06258,8311692010,521,657,756654
1 МГц41,178,2569,7435982,904,12528,13793124,472,7518,25503165,522,062514,78261207,311,6511,16279
2 МГц40,988,2583,2653182,014,12540,59701123,182,7525,66038164,072,062520,04914205,091,6516,03143 На рисунке 1.7 построен график зависимости отношения С/Ш на выходе от отношения С/Ш на входе схемы при разных частотах полосы шума:
Рисунок 1.8 - график зависимости отношения С/Ш на выходе от отношения С/Ш на входе схемы при разных частотах полосы шума Как видим с ростом полосы шума соотношение С/Ш возрастает, что объясняется уменьшением спектральной плотности мощности шума с ростом полосы. При увеличении отношения сигнал - шум на входе увеличивается отношение сигнал - шум на выходе.
2 Исследование передачи смеси сигнал+шум через нелинейную схему с диодом, работающим на квадратичном участке ВАХ
2.1 Расчет амплитудного детектора по заданным параметрам. Схема детектора остается той же (рисунок 1.1).
Чтобы детектор работал в режиме квадратичного детектирования (на квадратичном участке ВАХ диода) амплитуда входного сигнала должна быть менее 1В. Зададимся Uвх=0,3 В.
Выбор диода исходя из следующих соображений:
fmax > 90 кГц;
Umax > 10 В;
Imax > Umax/R = 3,3 мА.
Таким требованиям удовлетворяет диод 2Д237A (Iпр max = 1 А, Uобр max = 100 В, fгр=300кГц).
Расчет LC фильтра:
2πf_м=1/√CL;
Зададимся значением индуктивности катушки: L=10 мГн, тогда
C=1/(4π^2 f_м^2 L)=1/(4π^2 〖∙3000〗^2∙0,01)=282 нФ.
Значение из ряда E24 C=300 нФ К10-17 300 нФ 50 В ±10%
Расчет разделительного конденсатора:
R_н≫X_c; C_р=1/(2π∙f_м∙R_н )=1/(6,28∙3000∙5600)=9 нФ.
Значение из ряда E24 C_р=11 нФ К10-17 11 нФ 50 В ±10%.
На рисунке 2.1 представлена осциллограмма и спектр сигнала на выходе такого АМ - детектора, ниже рассчитан коэффициент гармоник:
Рисунок 2.1 - Осциллограмма и спектр сигнала на выходе АМ-детектора
K_г=√(U_2^2+U_3^2+U_4^2+...)/U_1 =√(2615,7∙〖10〗^(-12)+158,6∙〖10〗^(-12)+10,23∙〖10〗^(-12) )/(413,593∙〖10〗^(-6) )=12,7%
2.2 Прохождение смеси сигнал+шум через детектор (линейное детектирование).
На рисунке 2.2 представлена изучаемая схема АМ - детектора с источником шума:
Рисунок 2.2 - Схема АМ - детектора с источником шума
На рисунке 2.3 представлена осциллограмма и спектр сигнала с шумом на входе (АМ - сигнал с шумом).
Рисунок 2.3 - Осциллограмма и спектр сигнала с шумом на входе
На рисунке 2.4 представлена осциллограмма и спектр сигнала с шумом на выходе.
Рисунок 2.4 - Осциллограмма и спектр сигнала с шумом на выходе
K_г=√(U_2^2+U_3^2+U_4^2+...)/U_1 =√(3509,5∙〖10〗^(-12)+221,1∙〖10〗^(-12)+18,16∙〖10〗^(-12) )/(468,4∙〖10〗^(-6) )=13,1%
На рисунке 2.5 представлена взаимокорреляционная функция вход/выход и автокорреляционная функция сигнала на выходе:
Рисунок 2.5 - Взаимокорреляционная функция вход/выход и автокорреляционная функция сигнала на выходе
Рассчитаем соотношение С/Ш на входе и выходе схемы при данных параметрах схемы и входного сигнала:
Отношение с/ш на входе:
Информацию несет только огибающая АМ сигнала, поэтому амплитуда сигнала: U=U_вх∙Км =0,3∙0,55=0,165 В Размах шума на входе: U_швх=0,16 В
〖С/Ш〗_вх=U_вх/σ_швх = 6U/U_швх =(6∙0,165)/0,16=6,2=20∙lg⁡6,2=15,8 дБ
Амплитуда сигнала на выходе при отключенном источнике шума: U_вых=0,457 мВ
Размах шума на выходе при нулевой модулирующей частоте: U_швых=0,0804 мВ
〖С/Ш〗_вых=U_вых/σ_швых = (6U_вых)/U_швых =(6∙0,457)/0,0804=34,1=20∙lg34,1=30,6 дБ
В таблице 2.1 представлены значения отношения С/Ш на входе и выходе при разных частотных полосах шума.
Таблица 2.1 - Значения отношения С/Ш на входе и выходе при разных полосах шума
f_шU_швх, ВU_швых, мВ〖С/Ш〗_вх〖С/Ш〗_вых
50 кГц0,080,064012,37542,843750,160,16416,187516,709320,240,32684,1258,3904530,320,35633,093757,6957620,41,21422,4752,258277
100 кГц0,080,048512,37556,536080,160,10346,187526,518380,240,24864,12511,029770,320,43963,093756,2374890,40,88252,4753,107082
500 кГц0,080,030612,37589,607840,160,08046,187534,104480,240,19944,12513,751250,320,29263,093759,3711550,40,60142,4754,559361
1 МГц0,080,023612,375116,18640,160,05986,187545,852840,240,14204,12519,309860,320,25723,0937510,660960,40,26252,47510,44571
2 МГц0,080,022812,375120,26320,160,04806,187557,1250,240,09394,12529,201280,320,21563,0937512,7180,40,26002,47510,54615 На рисунке 2.6 построен график зависимости отношения С/Ш на выходе от отношения С/Ш на входе схемы при разных частотах полосы шума:
Рисунок 2.6 - график зависимости отношения С/Ш на выходе от отношения С/Ш на входе схемы при разных частотах полосы шума Как видим с ростом полосы шума соотношение С/Ш возрастает, что объясняется уменьшением спектральной плотности мощности шума с ростом полосы. При увеличении отношения сигнал - шум на входе увеличивается отношение сигнал - шум на выходе.
Выводы:
В результате лабораторной работы было исследовано прохождение смеси сигнала и шума через нелинейную цепь, оценены отношения С/Ш на входе и выходе схемы и зависимость данного отношения от частоты входного шума и амплитуды. Проведено моделирование работы схемы детектора на нелинейном участке ВАХ диода. И выявлены следующие особенности: Отношение С/Ш гораздо больше на линейном участке характеристики детектирования, это связано с тем, что схема работает в области больших сигналов, а также гораздо меньше нелинейные искажения, связанные с ВАХ диода.
Поэтому шумы будут меньше влиять на восстановление сигнала на линейном участке характеристики детектирования
Чем больше амплитуда шума на входе схемы, тем менее точный результат детектирования представлен на выходе, это характерно для обоих типов схем. Коэффициент гармоник для второго варианта схемы имеет большее значение, это связано с тем, что детектор работает на квадратичном участке ВАХ, тем более амплитуда входного сигнала сопоставима с амплитудой шума. В целом, схема работает гораздо эффективнее на линейном участке ВАХ диода. 
Документ
Категория
Разное
Просмотров
38
Размер файла
439 Кб
Теги
tes, praktike
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа