Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Июля 2012 в 22:41, контрольная работа
Целью данной работы является изучение структурной схемы системы связи для передачи и приема непрерывных сообщений. В процессе выполнения работы необходимо:
- проанализировать состав и принцип действия системы связи для передачи и приема непрерывных сообщений;
- произвести анализ и частичный расчет схемы амплитудного модулятора;
- произвести анализ и частичный расчет схемы частотного модулятора;
Целью данной работы является изучение структурной схемы системы связи для передачи и приема непрерывных сообщений. В процессе выполнения работы необходимо:
- проанализировать состав и принцип действия системы связи для передачи и приема непрерывных сообщений;
- произвести анализ и частичный расчет схемы амплитудного модулятора;
- произвести анализ и частичный расчет схемы частотного модулятора;
- построить временные и спектральные графики модулирующего, АМ- и ЧМ-сигналов;
- рассчитать функцию корреляции белого шума на выходе идеального полосового фильтра;
- произвести анализ и расчет схем амплитудного детектора и частотного детектора на расстроенных контурах.
Изобразите структурную схему системы связи для передачи и приема непрерывных сообщений и поясните назначение ее элементов. Нарисуйте временные диаграммы сигналов на выходе каждого блока структурной схемы.
Решение:
Под сообщениями понимают совокупность сведений об окружающих нас предметах и явлениях. Сообщения могут быть звуковыми (речь, музыка), световыми (изображения неподвижных и подвижных объектов), текстовыми (буквенно-цифровые сообщения).
На рис. 1.1 показана обобщенная структурная схема системы связи, отражающая наиболее типичные преобразования, которым подвергается сообщение в системе связи. Данная схема справедлива для любых видов сообщений.
Рассмотрим назначение основных блоков системы связи.
Кодер – а) преобразует неэлектрическое сообщение в электрический
б) преобразует аналоговый (непрерывный) сигнал в дискретный (цифровой );
в) осуществляет эффективное кодирование с целью уменьшения необходимой скорости передачи информации при заданном качестве (устранение избыточности сообщения);
г) осуществляет помехоустойчивое кодирование, позволяющее улучшить качество принимаемого сообщения.
Генератор несущей – генерирует колебания с постоянной амплитудой, частотой, фазой.
Модулятор – изменяет амплитуду, частоту или фазу переносчика в соответствие с модулирующим сигналом, поступающим от кодера.
Выходное устройство – усиливает сигнал, для обеспечения заданного качества связи и ограничивает спектр излучаемого сигнала до полосы частот, отведённой для заданной системы связи.
Кодер, модулятор, генератор несущей и выходное устройство образуют передатчик.
Линия связи – совокупность технических устройств (кабель, двухпроводная линия, оптическая линия связи ) или эфир, по которым сигнал поступает от передатчика к приёмнику. Напряжение на входе приёмника можно записать как:
- напряжение на входе приёмника.
- мультипликативная помеха (это переменный коэффициент передачи линии связи).
- напряжение на выходе передатчика.
- аддитивная помеха (тепловой шум, помеха от соседних передатчиков, помехи от различных технических устройств и т.п.).
Входное устройство - выделяет сигнал своего передатчика, отфильтровывает (не пропускает) сигналы соседних по частоте передатчиков и часть помех , усиливает сигнал.
Получатель сообщения - человек, компьютер или другие технические устройства.
Входное устройство, демодулятор и декодер образуют приемник.
Изобразим временные диаграммы, поясняющие работу линии связи при использовании амплитудной модуляции.
На рис. 1.2 показаны временные диаграммы, поясняющие работу передатчика линии связи. Электрический сигнал с выхода кодера подается на модулятор. Туда же поступает гармоническое высокочастотное колебание с выхода генератора несущей. В амплитудном модуляторе амплитуда несущего колебания изменяется по закону управляющего колебания (). В результате на выходе получаем амплитудно – модулированное колебание , которое после усиления в выходном устройстве попадает в линию связи.
На рис. 1.3 показаны временные диаграммы, поясняющие работу приемника линии связи.
Сигнал с выхода линии связи поступает на входное устройство. Если линией связи является эфир, то входным устройством является приемная антенна с последовательным колебательным контуром и усилителем высокой частоты на выходе. Антенна преобразует электромагнитные волны на ее входе в электрические сигналы на ее выходе. Колебательный контур выделяет из всех сигналов один, несущая частота которого совпадает с частотой настройки контура. Усилитель высокой частоты усиливает выделенный сигнал до величины, требуемой для срабатывания демодулятора (в нашем случае амплитудного детектора). Таким образом, на вход детектора поступает высокочастотный модулированный сигнал (рис. 1.3). В детекторе происходит отделение низкочастотной информационной составляющей сигнала ( на рис. 1.3), которая затем подается на декодер. В случае передачи аналогового звукового сообщения декодером может быть динамик, при передаче аналогового видеосигнала декодером является кинескоп.
Нарисуйте принципиальную схему амплитудного модулятора и поясните принцип его работы. Рассчитайте статическую модуляционную характеристику (СМХ) амплитудного модулятора, если вольт-амперная характеристика (ВАХ) нелинейного элемента модулятора аппроксимирована линейно-ломаной функцией:
при
при
- напряжение отсечки ( по заданию)
- крутизна наклона ВАХ.
Выберите рабочий участок на СМХ и рабочую точку, определите параметры АМ сигнала на выходе модулятора, запишите аналитическое выражение для заданных числовых значений параметров модуляции.
Амплитуда несущего колебания на входе модулятора ;
Частота модулирующего сигнала ;
Частота несущей ;
Сопротивление контура равно .
Определите добротность контура модулятора.
Решение:
Остановимся сначала на элементах теории, связанной с амплитудной модуляцией. Управление колебаниями или модуляция – это один из важнейших процессов, протекающих в радиопередающем устройстве. В зависимости от диапазона рабочих частот модуляции подвергается ток высокой частоты или СВЧ в одном из каскадов передатчика, что приводит затем к модуляции электромагнитной волны, порождаемой этим током с помощью антенно-фидерного устройства.
Высокочастотный ток может быть записан как
При отсутствии модуляции амплитуда тока , его частота и начальная фаза являются постоянными, т.е. в этом случае ток (2.1) представляет собой число гармоническое колебание, называемое несущим (см. рис 2.1. ). При осуществлении амплитудной модуляции по закону модулирующего сигнала изменяется амплитуда несущего колебания.
Амплитудная модуляция исторически появилась раньше других видов модуляции (частотной и фазовой). В настоящее время она довольно широко используется в системах радиосвязи, так как является простой и требует сравнительно небольшой полосы частот для радиолинии связи.
Рассмотрим простейший случай амплитудной модуляции, когда модулирующий сигнал представляет собой гармоническое колебание с частотой , причем . При этом амплитуда тока в (1) может быть записана как
(2.2)
Подставив (2.2) в (2.1), получим выражение для АМ колебания:
, (2.3)
где - коэффициент модуляции. Характер изменения тока (3) показан на рис.2.1 при , откуда видно, что для неискаженной модуляции необходимо, чтобы .
Положив в (2.3) и осуществив преобразования, получим другое выражение для АМ колебания:
. (2.4)
Из (2.4) видно, что спектр рассматриваемого АМ колебания состоит из колебаний несущей и двух боковых частот (рис. 2.2). Ширина спектра такого простого АМ
сигнала равна 2F (). Очевидно, что при сложном модулирующем сигнале, занимающем полосу частот от до , спектр АМ колебания будет состоять из колебания несущей частоты и двух боковых полос, а ширина спектра будет равна () - это значение и определяет необходимую полосу частот для радиолинии связи.
На рис. 2.3 представлена схема базового амплитудного модулятора. В данной схеме модулирующее и несущее колебания подаются в базовую цепь транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Источники питания и обеспечивают рабочую точку транзистора соответственно на выходе и входе. Параллельный колебательный контур, настроенный на несущую частоту является коллекторной резонансной нагрузкой.
Статической модуляционной характеристикой называется зависимость первой гармоники коллекторного тока от напряжения смещения на базе при отсутствии модуляции на выходе . Название «статическая» свидетельствует о том, что данная характеристика снимается при отсутствии модуляции, то есть каждая точка характеристики снимается при некотором постоянном значении модулирующего напряжения .
Статическими модуляционными характеристиками пользуются для выбора режима работы генератора, в частности для выбора амплитуды несущего колебания и амплитуды модулирующего сигнала . Режим генератора при модуляции должен быть выбран таким образом, чтобы изменение амплитуды первой гармоники коллекторного тока не выходило за пределы линейного участка статической модуляционной характеристики.
Определим пределы изменения напряжения смещения:
, , т.е. .
Амплитуда первой гармоники выходного тока модулятора равна:
,
где - коэффициент Берга, - угол отсечки, который из условия линейной аппроксимации ВАХ транзистора может быть определен как:
, здесь - напряжение базового смещения, которое необходимо выбрать. При расчетах СМХ будем брать его с шагом 0,2 В.
Коэффициент Берга для расчета первой гармоники выходного тока может быть определен по формуле:
В таблице 2.1 представлены результаты расчета статической модуляционной характеристики.
На рисунке 2.4 показан график статической модуляционной характеристики.
Проанализируем полученный график СМХ. Участок АВ можно считать линейным, следовательно, он и будет рабочим участком СМХ. Границы данного участка определяют границы напряжения смещения, при котором не возникает искажений модуляции. Из рисунка видно, что границы
напряжения смещения . Пределы изменения силы тока первой гармоники .
Выбираем рабочую точку на СМХ (точка А) с параметрами и .