Разработка источника сигнала, амплитуда которого модулирована по гармоническому закону

Имеющиеся в системе сквозного схе-

мотехнического проектирования OrCAD источники сигналов представлены весьма незначительной библиотекой. В связи с этим весьма полезным представляется освоение принципов построения моделей сигналов, используемых в радиоэлектронных устройствах [1]. Возможность применения источника разнообразных сигналов обусловлена наличием компонента VPWL_FILE (кусочно-линейный источник напряжения, заданный в файле), расположенного в библиотеке source.slb.

Основными представлениями при моделировании сигналов являются временное (зависимость амплитуды сигнала от времени) и спектральное (зависимость амплитуды или фазы гармонических составляющих сигнала от частоты). Следовательно, требуется разработать модель, которая позволяла бы получить временное представление в виде массива значений (отсчетов), а спектральные характеристики (комплексный спектр сигнала) можно получить с использованием быстрого преобразования Фурье как в программной среде, так и с помощью средств расчета спектров при моделировании.

Наиболее подходящей и доступной для данных целей является программная среда MathCAD. Расчет значений и построение графиков осуществляется в интерактивном режиме, что обеспечивает высокую наглядность результатов.

В качестве первичного сигнала будем использовать гармоническое колебание. На первом этапе формируется массив отсчетов времени t_j. Для этого в окне программы MathCAD определяются следующие идентификаторы программы

j:= 0…10000 t_j:=j·10^-6.

Сначала формируется массив значений переменной j – управляющей переменной, которая используется для индексации массивов, необходимых в модели; затем формируется массив значений времени t_j. Если график временного представления сигнала будет ломанным (отсчетов сигнала недостаточно), то число отсчетов необходимо увеличить, одновременно изменив показатель степени при задании массива времени. При этом время моделирования значительно увеличивается, что следует учитывать при разработке моделей. Далее вводятся переменные, позволяющие задавать следующие пара-

метры сигнала:

-частота F и начальная фаза φ модулирующего (первичного) колебания;

-амплитуда S_m, частота f₀ и начальная фаза несущего колебания ψ;

-глубина модуляции m.

В окне программы MathCAD вводятся следующие выражения:

F:=2·10³ φ:=0 S_m:=1

f₀:=3·10⁴ ψ:=0 m:=0.5.

Выражение модулированного по

амплитуде колебания в программной среде MathCAD принимает вид

s_j:=S_m·[1+m·sin(2·π·F·t_j+φ)] sin(2·π·f₀·t_j+ψ).

Идентификатором s_j обозначено временное представление сигнала.

Рис. 5.17. Временное представление

амплитудно-модулированного колебания

После этого в окне программы помещается график, на горизонтальной оси которого задаётся отображение переменной t_j, а на вертикальной оси – переменной s_j. В результате выполнения указанных действий должен получиться график, показанный на рис. 5.17.

Таким образом, получен временной массив амплитудно-модулированного колебания. Имеется возможность управления амплитудой, частотой и начальной фазой несущего колебания, частотой и начальной фазой модулирующего колебания, а так же глубиной модуляции и наблюдать результаты изменений этих параметров во временном представлении сигнала.

Полученный результат необходимо записать в файл для его использования в качестве источника аналогового сигнала в программах моделирования. В информационной среде компонента VPWL_FILE считывает из файла данные, представленные в следующем формате:

(<отсчёт времени 1>,<отсчёт амплитуды 1>)

(<отсчёт времени 2>,<отсчёт амплитуды 2>)

…

(<отсчёт времени N>,<отсчёт амплитуды N>)

Чтобы получить файл, записанный подобным образом, добавляется следующий программный код

i:=0..1 sig_j,i:=if(i=0,t_j,s_j)

WRITEPRN(“sig.dat”):=sig

Здесь формируется массив из двух значений (0 и 1) для индексной переменной i, которая буде участвовать в формировании двумерного массива sig по правилу: если i = 0, то в j-элемент массива записывается отсчет времени t_j, если i = 1 – записывается отсчет сигнала s_j. Логическое выражение i = 0 в определении массива записано с использованием оператора «Equal to» (Равенство) из панели инструментов «Boolean» (Логика). Для правильной записи результатов расчета в файл в программе MathCAD следует установить следующие значения системных параметров PRN File Settings: Precision (точность отображения) = 10, Column Width (ширина столбца) = 20.

Затем формируется файл «sig.dat»; он будет размещаться в том же каталоге, что и файл с расчетами (*.mcd). Рассчитанный массив можно вывести в окно программы MathCAD, описав набрав команду sig .

Рассмотрим ввод и моделирование испытательной схемы для проверки источника.

В графическом редакторе Schematics строится схема, показанная на рис. 5.18.

Рис. 5.18. Испытательная схема с источником сигнала из файла

Рис. 5.19. Диалоговое окно Edit Attributes

Компонент VPWL_FILE выбирается в библиотеке source.slb. Установим значение его атрибута File = sig.dat. Для этого следует курсор мыши переместить в область графического изображения и выполнить двойной щелчок левой кнопкой. При этом объект выделяется и открывается диалоговое окно Edit Attributes (рис. 5.19). В перечне атрибутов выбрать строчку File и в поле Value (значение) указать имя файла (sig.dat).

Собранную схему следует сохранить в одном каталоге с файлом sig.dat, причем совпадение имен файла схемы и файла «sig.dat» сигнала недопустимо. Далее задаются параметры директивы временного анализа и выполняется моделирование. В результате расчета получается точно такой сигнал, который был создан с помощью программы MathCAD (рис. 5.20). Спектр сигнала можно увидеть, воспользовавшись командой Fourier (Анализ Фурье), вызываемой из меню Trace (график).

Для использования изложенного принципа построения модели источника АМ-сигнала при курсовом проектировании значения идентификаторов и переменных следует изменить. Получим сигнал с несущей частотой, равной промежуточной частоте большинства радиовещательных приемников – 465 кГц. Используя следующие параметры: амплитуда несущей 1 В, частота модулирующего сигнала 10 кГц, глубина модуляции 0,3, внесём изменения в запись программы MathCAD:

j:= 0…10000 t_j:=j·10^-7

F:=10·10³ φ:=0 Sm:=1.0

f₀:=465·10³ ψ:=0 m:=0.3

s_j:=Sm·(1+m·sin(2·π·F·t_j+φ)) sin(2·π·f₀·t_j+ψ).

Так как период несущего колебания значительно сократился, для сохранения малого приращения переменной s_j значения идентификатора массива значений времени t_j пришлось уменьшить. Соответственно уменьшим диапазон отображения t_j на графике для удобства наблюдения. В оставшейся части проекта, возможно, потребуется изменение лишь имени файла, в который сохраняются результаты расчета.

Рис. 5.20. Амплитудно-модулированное колебание и его спектр

Таблица 5.1

Значения параметров источника сигнала, амплитуда

которого модулирована по гармоническому закону

Рекомендуется, изучив методику проведения анализа устройства, составить список сигналов, используемых в работе. Например, для дальнейшего исследования детектора амплитудно-модулированных (АМ) колебаний потребуются сигналы, имеющие следующие параметры, представленные в табл. 5.1. Изменяя в программе MathCAD соответствующие параметры и имя dat-файла заготовить все необходимые файлы описаний сигналов и скопировать их в каталог проекта OrCAD для исследуемого устройства. В дальнейшем при осуществлении анализа, в случае необходимости изменения каких-либо параметров АМ-сигнала, достаточно изменить атрибут File компонента VPWL_FILE на имя файла, имеющего требуемые параметры.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 604; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!