Краткие теоретические сведения

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Лабораторный практикум

для учащихся специальностей

Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения

Сети телекоммуникаций

Часть 2

Минск

2014

УДК

ББК

Т

Рекомендовано к изданию

кафедрой радиосвязи и радиовещания

 2014, протокол №

Составители

А. А. Гридасова, преподаватель высшей категории кафедры радиосвязи и радиовещания;

М. А. Асаенок, преподаватель первой категории кафедры радиосвязи и радиовещания

Рецензент

И. И. Черная, доцент БГУИР, кандидат технических наук

                                                                                                  ©Учреждение образования

                                                                                                   «Высший государственный

колледж связи», 2014

Лабораторная работа №7

ДИСКРЕТИЗАЦИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО СИГНАЛА

Цель работы: наблюдать временные диаграммы процесса дискретизации; исследовать изменения спектра в процессе дискретизации непрерывного сигнала.

 Подготовка к выполнению работы

1 Изучить по [1] и [2] сведения по дискретизации и восстановлению непрерывных сигналов.

2 Изучить основные процессы, происходящие при преобразовании аналоговых сигналов в цифровые по [1] и [2].

3 Выбрать частоту дискретизации сигнала, если верхняя частота в спектре непрерывного сигнала в кГц равна номеру записи фамилии студента в учебном журнале. Рассчитать период дискретизации Δt.

4 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.

Вопросы для самопроверки

1 Cформулируйте теорему В. А. Котельникова.

2 Какие процессы необходимо осуществить при преобразовании аналогового сигнала в цифровой?

3 От каких параметров зависит временной шаг и цикл дискретизации?

4 Можно ли осуществить дискретизацию сигнала с неограниченным спектром?

5 Какое устройство можно использовать как дискретизатор?

6 Как осуществить восстановление непрерывного сигнала по дискретным значениям?

7 Что такое импульсно-кодовая модуляция ИКМ (РСМ)?

8 Почему сигнал, восстановленный по дискретным отчетам на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ) не точно соответствует исходному сигналу?

9 Что означает амплитудно-импульсная модуляция АИМ-1 и АИМ-2? Имеет ли это отношение к дискретизации?

10 Какой вид кодека работает с предсказанием?

 Аппаратное и программное обеспечение

1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

2 Графический манипулятор мышь.

3 Программа Electronics Workbench5.12.

Порядок выполнения работы

1 Ответить на вопросы программированного допуска.

2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.

3 Включить персональный компьютер. Наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.

4 Открыть программу Electronics Workbench 5.12, согласно каталогу D:\Work\EWB512\WEWB32.exe. Получить изображение стандартного окна программы.

5 Собрать схему электрическую функциональную исследования процесса дискретизации (рисунок 7.1), для этого:

5.1 Поместить радиокомпоненты на белый лист рабочего поля. Нажимать левую клавишу манипулятора мышь на изображения радиокомпонент панели инструментов. Перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпускать левую клавишу манипулятора мышь в нужном месте белого листа рабочего поля.

5.2 Соединить радиокомпоненты согласно схеме. Для их соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия - подтверждение правильности соединения.

5.3 Установить   значения   радиокомпонентов   R1=10 кОм,   R2=0,5 кОм, R3=100 кОм, R4=100 кОм , R5=10 кОм , R6=100 кОм , C1=400 нФ; генератора гармонических колебаний V1: амплитуда напряжения (Voltage) – 1B, частота (frequency) – 100 Hz, начальная фаза (Phase) – 0; генератора прямоугольных импульсов V2: частота (frequency) – 5 кГц; длительность импульсов (Dutycycle) – 50%; амплитуда напряжения (Voltage) – N ,где N соответствует номеру рабочего места.

Рисунок 7.1 – Схема электрическая функциональная исследования процесса дискретизации

6 Наблюдать временные диаграммы процесса дискретизации в контрольных точках схемы в разных режимах работы, для этого:

6.1 Нажать левой клавишей манипулятора мышь на изображение меню Circuit, а затем на указатель функции «параметры схемы» Schematic Options. Установить параметр электрической схемы, показывающий номер электрического соединения (контрольной точки). Для этого нажать левой клавишей манипулятора мышь на пустом квадратике напротив надписи Show nodes.

Примечание: персональный компьютер устанавливает контрольные точки на схеме в случайном порядке, поэтому для каждого рабочего места нумерация точек на схеме может быть различной.

6.2 Подключить осциллограф к контрольной точке А,согласно рисунка 7.2:

Рисунок 7.2 – Подключение осциллографа

6.3 Получить на экране осциллографа временную диаграмму входного сигнала. Включить режим анализа схемы, щёлкнув манипулятором мышь на изображение Ι переключателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

6.4 Щёлкнуть изображение Expand осциллографа. Наблюдать временную диаграмму сигнала на расширенном экране.

6.5 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллогрфа переключателем «Время на деление» (Time base) – время, соответствующее наблюдению одного или двух периодов сигнала; переключателем «Вольт на деление» (V/div) размах, удобный для наблюдения. Зарисовать временную диаграмму в отчет.

6.6 Измерить период сигнала. Для измерения установить красную визирную линию 1 на начало периода, а синюю визирную линию 2 на конец периода. Записать значение периода T = T2 - T1 в отчет. Рассчитать частоту сигнала.

6.7 Измерить размах сигнала. Для измерения необходимо переместить красную визирную линию 1 на минимальное мгновенное значение, а синюю линию 2 на максимальное мгновенное значение сигнала. Значение размаха считать в окне VA2 – VA1. Данные записать в отчет.

7 Проделать п.п. 6.2 – 6.7 для контрольных точек B, C, и D (рисунок 7.2).

Примечание: временные диаграммы наблюдать и зарисовывать в отчет в одинаковом масштабе, для этого нужно не изменять положение переключателя «Время на деление» (Time base).

8 Исследовать изменение спектра непрерывного сигнала в процессе дискретизации, для этого:

8.1 Нажать левой клавишей манипулятора мышь сначала изображение 0 , а затем I переключателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов. Подождать несколько секунд. Отключить формирование сигнала, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение 0 в правом верхнем углу окна.

8.2 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Analysisвверху окна, а затем анализ спектра Fourier в раскрывшейся таблице.

8.3 Задать параметры анализа спектра: Output node – номер входной контрольной точки А(см. п.6.1), в которой исследуется спектр; Fundamental frequency – частота исследуемого сигнала (100 Гц); Number harmonics – количество гармоник – 240; Vertical scale – масштаб по вертикали – линейный (linear).

8.4 Нажать функцию Simulate и подождать появления спектральных диаграмм амплитуд. Установить развёрнутый вид появившегося маленького окна, нажав левой клавишей манипулятора мышь функцию (развернуть) в правом верхнем углу окна.

8.5 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Toggle Cursors в правом верхнем углу окна. Зарисовать спектральные диаграммы в отчет. Измерить амплитуды спектральных составляющих с помощью визирных линий и таблицы. Визирную линию перемещать за чёрный треугольник вверху. Записывать значение х1– частоты, у1– амплитуды спектральной составляющей из таблицы Magnitude,V в отчёт.

8.6 Зарисовать спектральные диаграммы в отчет, указав значения всех спектральных составляющих.

9 Получить спектральные диаграммы в контрольных точках B, C, и D (рисунок 7.2), проделав п.п. 8.3 – 8.6. Сделать выводы.

10 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

11 Выключить оборудование.

12 Составить отчёт по работе.

 Содержание отчета

1 Наименование и цель работы.

2 Наименование аппаратного и программного обеспечения.

3 Схема электрическая функциональная исследования процесса дискретизации.

3 Результаты измерений, расчетов, наблюдений по п.п. 6 – 9.

4 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

5 Выводы по работе.

 Контрольные вопросы

1 Каков состав спектра сигнала на входе дискретизатора?

2 Как формируется дискретизированный сигнал?

3 Поясните временную диаграмму дискретизированного сигнала.

4 Поясните, состав спектра дискретизированного сигнала.

5 Поясните, чем отличается спектр дискретизированного сигнала от спектра ППИ.

6. Каким устройством (прибором) может ограничиваться спектр информационного сигнала для дискретизации?

7. Как определялся шаг и цикл дискретизации при выполнении данной лабораторной работы?

8 Как определить частоту дискретизации при передаче телефонного сигнала?

9 Что такое неравномерное квантование?

10 В каких цифровых устройствах осуществляется преобразование непрерывного (аналогового) сигнала в кодовые комбинации?

11 Возможна ли дискретизация непрерывного сигнала конечной длительности?

Содержание зачета

Учащийся должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, анализировать результаты измерений.

Литература

1 Шинаков Ю. C., Колодяжный Ю. М. Теория передачи сигналов электросвязи – М.:Радио и связь, 1989. – 288 с.

2 Панфилов И. П., Дырда В. Е. Теория электрической связи – М.: Радио и связь, 1991. – 344 с.

Краткие теоретические сведения

Дискретизация – представление непрерывного сигнала эквивалентной ему по информационному содержанию последовательностью дискретных отсчетов (выборок).

Эта процедура осуществляется на основе теоремы Котельникова: непрерывный сигнал, с ограниченным высшей частотой  спектром, может быть представлен последовательностью импульсных отсчетов, величина которых равна или пропорциональна мгновенным значениям сигнала в соответствующие моменты времени, причем частота дискретизации должна удовлетворять требованию: .

Совокупность полученных дискретных отсчетов представляет собой АИМ (амплитудно-импульсно модулированный) сигнал.

Для формирования отсчетов можно использовать электронный ключ, который через интервал  замыкается на короткое время.

Лабораторная работа № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ LC – АВТОГЕНЕРАТОРА

Цель работы:исследовать условия самовозбуждения LC-автогенератора, АЧХ и ФЧХ колебательной системы.