în urmă
laborator 5
STUDIU
Caracteristicile modulare și demodulare path grup.
5.1. Scopul cursului
În timpul executării sarcinilor necesare pentru a învăța principiile de construire a circuitelor modulatoare și demodulatoare funcționale, metode de măsurare a caracteristicilor și cerințelor acestora; efectuează estimări preliminare pentru sarcini individuale, schița semnalul formei de undă și spectrograma construi caracteristici și compara datele calculate și experimentale.
5.2. GENERAL PONYaTIYaChastotnye modulatori modulatoare de frecvență sunt dispozitive care asigură comunicarea între semnalul transmis (baseband) și semnalul de ieșire schimbare în frecvență. De obicei, în sistemele de comunicații de bandă largă, modularea se realizează la o frecvență intermediară. Cel mai frecvent utilizat frecvență intermediară este de 70 MHz, cu toate că alte frecvențe.
Fig. 5.1
Cerința principală a acestor modulatori constă în gradul foarte ridicat de liniaritate a caracteristicilor de modulație. Practic modulator THD trebuie să se situeze în intervalul 0,01-0,5%. La această normă va fi efectuată pe zgomote de putere tranzitorii generate modemuri mai multe canale în sistemele de comunicație cu FDD.
O diagramă bloc simplificată a unui modulator de frecvență prezentat în Fig. 5.1. În general, modulatorul de frecvență - un generator (VCO) a cărui frecvență de oscilație este controlată de tensiunea aplicată la intrarea modulator. Cea mai comună metodă de modulație de frecvență constă în expunerea elementelor reactive ale circuitului oscilatorie, auto-excitat oscilație conducere frecvență LC oscilator.
Elementele convenabil moderne utilizate în aceste scopuri este un varicap (varactor). Varicap este o diodă semiconductoare, p-n capacitanță joncțiune dintre care este exprimat puternic dependentă de tensiunea aplicată. Pentru a lucra ca ramură controlată capacitanță dioda este inversată caracteristici, deoarece aceasta conferă o stabilitate ridicată Q și temperatura elementului.
Fig. 5.2
Fig. 5.2 prezintă una dintre mai multe posibile circuite oscilator LC, care poate îndeplini funcția de modulator de frecvență. Aici, tranzistorul VT1 este activat de către bază comună. Rezistoare R1, R2 și R3 definesc modul tranzistor DC. Feedback-ul pozitiv este furnizat datorită capacității interne a tensiunii colector-emitor a tranzistorului VT1 și C1 capacitate. Frecvența de oscilație este determinată de parametrii circuitului LC paralel format din inductor L1, capacitate Varactors VD1, VD2 și capacitatea de colector a tranzistorului. Pentru a reduce parasitics și circuitul de circuit de simplificare cu împământare DC. Utilizarea a două contra incluse, Varactors poate îmbunătăți forma de undă de tensiune produsă de generator, aducându-l mai aproape de o undă sinusoidală. Printr-un rezistor R4 și bobina de inducție Ap2 pe varicaps aplicat inversă ECM prejudecată de tensiune, care stabilește punctul de funcționare al Varactors.
Tensiunea modulatoare este aplicată printr-un C3 decuplare condensator. Sub tensiune modulare modificările varicap capacitate și, prin urmare, frecvența de oscilație generate de generatorul.
Fig. 5.3 prezintă o caracteristică tipică a varactor de mare. Aceste caracteristici au dispozitive, cum ar fi HF-102, HF-109, HF-121, și altele.
Este cunoscut faptul că relația dintre frecvența de rezonanță și circuitul de capacitate condensator pătratică. Prin urmare, pentru a obține țiuitul trebuie să aibă o dependență pătratică de capacitate și de tensiune. Figura arată că caracteristica a varicap aproape de dependență pătratică. Cu toate acestea, acordul nu este completă și modulare aproape liniară poate fi obținută doar într-o caracteristică mică zonă selectată atunci când configurați modulator individual pentru diferite cazuri de Varactors.
Fig. 5.4 ilustrează un proces de schimbări de capacitate varicap în funcție de tensiunea aplicată. O liniaritate satisfăcătoare este obținută atunci când abaterea de frecvență nu este mai mare de 0,5-1,5% din frecvența centrală a modulatorului. În consecință, la o frecvență de 70 MHz cantitate deviație de frecvență la 0,5-0,7 MHz, ceea ce este în mod clar insuficient pentru comunicațiile în bandă largă.
Prin urmare, în practică, a devenit larg răspândită în bătăile de circuit modulator de frecvență, o diagramă bloc simplificată este prezentată în Fig. 5.5. două oscilator comandat în tensiune care funcționează la frecvențe în intervalul 300-400 MHz utilizat aici. oscilatoare diferă una de cealaltă printr-o cantitate egală cu frecvența intermediară de 70 MHz, și sunt selectate astfel încât produsele de conversie de frecvență într-un amestecător (CM) nu interferează în banda de frecvențe de 50-90 MHz.
generatoare diagrame schematice poate fi similar cu schema prezentată în Fig. 5.2. Generatoare Varicaps incluse în polarități opuse, iar semnalele din banda de bază sunt furnizate către generatorul cu două faze. Datorită acestei abateri de frecvență modulator este dublată și în plus distorsiunile neliniare sunt compensate de armonici chiar. Semnalele de la ambele ieșiri generatoare trec la un mixer printr-un aparat de liniarizare, reducând distorsiunea în armonici impare. modulatori de frecvență efectuate pe astfel de sisteme, sunt utilizate pe scară largă în echipamente de microunde. De exemplu, în aparatul „Sunrise“, „stand“, „curs“ și așa mai departe.
Mai multe soluții moderne legate de construcția de modulatori ai circuitului integrat. În acest caz, LC Oscilator nu este practic posibil, și, prin urmare, se aplică oscilator RC. Cele mai utilizate pe scară largă în acest scop a găsit Multivibrators.
Este cunoscut faptul că frecvența de oscilație generată de mai multe vibratorul poate varia în limite largi, atunci când schimbă un timp constant de circuite RC. Literatura de specialitate discută o serie de Multivibrators de design de circuit proiectat să funcționeze ca un VCO. Foarte convenabil de circuit multi-vibrator este prezentat într-o formă simplificată în Fig. 5.6.
Acolo multivibrator configurat în cascadă combinație cu o bază comună (VT1) și colector comun (VT2). Această combinație permite cel mai mare grad de a realiza proprietățile de frecvență de tranzistori, permițându-vă să lucreze la frecvențe de sute de MHz. Modurile tranzistori albastre sunt setate folosind generatorul de curent controlat (I), inclus ca rezistori EMIC-Terni. Feedback-ul pozitiv este furnizat printr-un condensator C2. Colectorul tranzistorului VT2 inclus rezistența R2, care este scos din tensiunea de ieșire a generatorului. Atunci când se aplică o tensiune modulatoare la una sau ambele generator de curent schimbă tranzistori de mod și, prin urmare, rata de schimbare a încărcare - descărcare condensatorul C2 și, prin urmare, modularea frecvenței este efectuată.
Aproape de acest principiu este utilizat în construcția unui număr de circuite integrate (531GG1, 500GG1 și colab.). Diagrama schematică a modulatorului de frecvență pe un cip 500GG1 prezentat în Fig. 5.7. A fost demonstrat, de asemenea, caracteristica de modulare statică.
Din cerințele de bază pentru modulator de frecvență pentru sistemele de comunicații cu microunde sunt următoarele:
- 1) distorsiune armonică mică la deviația de frecvență a mai multor megahertz;
- 2) absența modulație în amplitudine parazitare;
- 3) modularea optimă pantei caracteristice;
- 4) stabilitatea frecvenței centrale.
Frecventa Frequency Detectoare Detectoare efectua funcții opuse funcții ale modulatorului, adică furnizează informații de selecție transmise din semnalul modulat frecvență.
Adesea, această operație se realizează în două etape (fig. 5.8, a). În prima etapă a semnalului modulat de frecvență este transformată într-o amplitudine modulat, iar a doua etapă - se efectuează detecția de vârf.
Primul pas poate fi realizată prin aplicarea semnalului FM la o cuadripol dependentă de frecvență (CHZCH), cu răspuns la frecvență non-uniform. Frecvent, cum ar fi cuadripol este aplicată circuit rezonant paralel. Conducerea detector de frecvență, în acest caz, poate să apară așa cum se arată în Fig. 5.9. Bucla de circuit este supărat în raport cu f0 frecvență, astfel încât semnalul FM este trimis la una dintre caracteristicile patinei. Se poate observa că, atunci când frecvența tensiunii de ieșire va varia și, prin urmare, primește semnalul FM și modularea amplitudinii de la care un semnal de ieșire utilă este evidențiată printr-un detector de amplitudine, format elemente VD1, R1, C2. Cu toate acestea, liniaritatea unui astfel de dispozitiv este scăzut și în practică, utilizarea scheme mai sofisticate cu două circuite (Fig deranjat. 5.10).
În această schemă, un singur circuit acordat la o frecvență mai jos f 0 (f 1). în timp ce celălalt este simetric deasupra (f 2). Semnale detectat diode VD1 și VD2, sunt formate astfel încât caracteristicile rezultate ale unui astfel de dispozitiv dovedit, care este prezentat în Fig. 5.11.
Prin alegerea frecvenței f 1 și f 2 și Q ajustând circuit folosind rezistoare R1 și R2 este posibilă obținerea de compensare pentru detector distorsiune neliniare, astfel încât distorsiunea armonică nu va depăși 0,05-0,1%, cu o deviație de frecvență de 5,4 MHz.
Conducerea circuite de detector de frecvență cu frustrat reacționează puternic la modularea amplitudinii parazitare și, prin urmare, este necesară din partea frontală a detectorului pentru a instala limitatoare de mare amplitudine.
O soluție modernă se bazează pe utilizarea ca un detector de frecvență cu buclă închisă de fază (PLL) sunt larg răspândite în tehnologia integrată. O schemă bloc generalizată a unui astfel de dispozitiv este prezentat în Fig. 5.12. În acest circuit, un detector de fază (PD) monitorizează diferența de fază dintre semnalul de intrare și generatorul de semnal FM, un oscilator controlat de tensiune (VCO). Când nepotrivire fază este produs de tensiunea de tuning VCO, care este semnalul demodulat. Pentru a asigura o funcționare stabilă aplică un filtru caracteristic lowpass care determină proprietățile PLL este în mare măsură. Detectorul de fază se bazează pe circuite digitale, cum ar fi „XOR“.
Fig. 5,15
5.5. GHID
Pentru a satisface SOLUȚIONAREA de lucru înainte de efectuarea partea experimentală a lucrării este necesară pentru a efectua calcule preliminare.
1. Se efectuează calculele abaterii de frecvență și banda de frecvență ocupată de semnalul modulat în frecvență pentru un N dat (tab. 5.1).
Calculele sunt efectuate cu ajutorul următoarelor formule:
deviație de frecvență de vârf
Abaterea efectivă frecvență
(5.5)
unde D f k - abaterea de frecvență pe un singur canal,
puterea medie a mesajului multi-canal
R av = p N. (5.6)
unde p k = 50 (32) uW,
banda de frecvență ocupată de semnalul FM
, (5.7)
în care indicele de modulație în frecvență
. (5.8)
F 2 - grupa este gama de frecvență superioară pentru un anumit număr de canale N. 5.6. GHID
IMPLEMENTARE parte experimentala a studiului modulator de frecvență
1. Se colectează o schemă bloc a formelor de undă pentru eliminarea tensiunilor în modulatorul de frecvență (Figura 5.16.);
a) Setați frecvența oscilatorului la 500 kHz;
b) Setați nivelul tensiunii de ieșire a generatorului este egal cu 0;
a) semnal de undă schiță la ieșirea modulatorului de frecvență;
g) Setați amplitudinea semnalului de ieșire al oscilatorului este egal cu 0.1-0.2 V;
d) sub formă de undă Schiță a semnalelor la intrarea și ieșirea modulatorului de frecvență;
2. Asamblarea o diagramă bloc a măsurării caracteristicii de modulare (Fig. 5.17).
h) Cu alte creșteri modulatoare lin nivelul semnalului pierderea gauge a primei perechi de frecvențe în bandă laterală spectrul semnalului FM (vezi. Fig. 5.15 g). înregistrează valoarea tensiunii în tabelul. 5.2 (punctul 2);
i) observând Secvențial eșec al primei perechi și latura purtătoare, la continuare decolorare umplere Tabel. 5.2;
k) În prezența frecvenței centrului modulator f0 posibilităților de ajustare a efectua revendicări. d), g), h) cu valorile f 0 egal cu 68 și 73 MHz.
l) Utilizarea (5.5) și Tabelul. 5.3, se determină pentru fiecare punct corespunzând abaterii de frecvență, presupunând că F 2 = 0,5 MHz, și complot în funcție de D f U Vp. Graficele necesare pentru a construi în 4 cadrane, în care, în al treilea cadran al cantității depuse simetric la primul cadran. Graficele rezultate sunt caracteristici modulare.
Posibila construcție a caracteristicilor de modulație ale programului de calculator „modulare caracteristică“;
m) În caracteristicile construite este necesară pentru a determina centrul frecvențelor f 0. lățime de modulare a porțiunilor liniare, lățimea porțiunilor de lucru fiind egală cu dublul deviației frecvenței de vârf și valorile de amplitudine corespunzătoare ale semnalului modulator U vârf.
3. Obținerea și spectrul schița semnalului FM în timpul transmiterii mesajelor multi-canal pentru un anumit N. Pentru aceasta este necesar să se colecteze circuit de măsurare prezentat în Fig. 5.18.
a. Potriviți dispozitivul STI un număr predeterminat de canale (sau cea mai apropiată valoare posibilă);
b. Să presupunem că tensiunea de vârf U obținut în Sec. 2, m) corespunde unei valori cvasi-vârf a semnalului multi-canal. Apoi, o valoare efectivă corespunzătoare a semnalului U este egal cu Vpp / 3,33 când N> 240;
în. Setare tensiune simulate de ieșire de semnal multi-canal de la API-ul dispozitivului setat la valoarea obținută;
Folosind stiloul, de „pe diviziune“, situat pe panoul frontal al analizorului spectral, pentru a obține o imagine completă a spectrului de pe ecran;
d. Spectru Sketch (5.4), determinarea lățimii și se compară cu valoarea primită în calcul.
Un studiu al diagramei bloc detector de frecvență pentru studiul detectorului de frecvență prezentat în Fig. 5.19.
Investigarea detectorului de frecvență este ținut împreună cu un limitator de amplitudine conectat. Demodularea caracteristică se observă pe frecvența de răspuns de ecran a contorului. Gauge AFC emite un semnal oscilant de frecvență în banda 40-100 MHz, care este alimentat la intrarea dispozitivului de măsurare. Semnalul de ieșire care conține informații despre răspunsul în frecvență al dispozitivului intră în partea oscilografice a dispozitivului.
Procedura de măsurare
1. Se prepară un măsurător caracteristici de frecvență de lucru (IFC). Pentru aceasta este necesar să se plaseze butonul de control în următoarele puncte: · frecvența centrală stabilită la 70 MHz;
· Nivelul tensiunii de ieșire setat la 10-15 dB;
· Etichete - 10 MHz. 2. Folosind mânerul „Gain“, „Shift“ și „banda“, pentru a realiza apariția pe ecran IFC caracteristicile complete de imagine ale detectorului de frecvență.
3. Axa Sketch frecvență caracteristică este calibrat în megahertzi.
4. Marcați pe caracteristica de frecvență centrală și o porțiune liniară.
5. măsurători repetate, CFI reducerea nivelului tensiunii de ieșire cu 15 - 25 dB. Este necesar să se mărească câștigul unității de mâner Y dispozitiv indicator, astfel încât caracteristicile leagăn intervalul de potrivire obținut în măsurătoarea anterioară.