Автоматизированное проектирование детекторов амплитудно-модулированных колебаний и автоматической регулировки усиления

В редакторе схем Schematics создается графическое изображение схемы детектора (рис. 5.21). При вводе этой схемы использовались компоненты следующих библиотек:

- analog.slb – пассивные компоненты (R, С);

- ediode.slb – точечный диод (D1);

- port.slb – узел с нулевым потенциалом, общий провод (AGND);

- source.slb – кусочно-линейный источник напряжения, заданный в файле источник постоянного напряжения (VPWL_FILE).

Резисторы R2, R3 образуют разделённую нагрузку детектора. Номера узлов схемы, в которых будет выполняться расчет сигнала, помечаются цифрами с помощью команды Text (текст), вызываемой из меню Draw (оформление) либо с помощью кнопки Draw Text (Ctrl+T), расположенной на панели инструментов Draw.

Сгенерированный dat-файл, описывающий работу источника АМ-сигнала, копируется в каталог, в котором сохранена составленная схема. Значение атрибута File генератора VPWL_FILE должно соответствовать имени скопированного файла.

Рис. 5.21. Схема измерения детектора АМ-сигналов и

автоматической регулировки усиления

В начале следует установить маркер в точке соединения диода и генератора (узел 1) и, выполнив расчет переходного процесса, убедиться в том, что на вход детектора поступает амплитудно-модулированное колебание с требуемыми амплитудными и временными параметрами. Для этого в меню Analysis (анализ) выбрать пункт Setup (установки), а в появившейся панели активировать пункт Transient (анализ переходных процессов). В открывшемся окне указать конечное время расчета (Final Time) и шаг по времени (Print Step). Расчет переходного процесса выполняется по команде Simulate, вызываемой из меню Analysis. Результат расчета представлен на рис. 5.22. Если сигнал отвечает всем требованиям технического задания, следует установить маркеры в узлы 2 и 4 и, выполнив аналогичный расчет переходного процесса, проконтролировать сигналы на выходе детектора (рис. 5.23). Для упрощения определения значений по графикам следует воспользоваться инструментом Display (показ), вызываемым из меню Trace – Cursor. Нанесение числовых значений измеряемых величин на график выполняется с помощью инструмента Mark (маркировка), вызываемого из меню Plot – Label.

Рис. 5.22. АМ-сигнал на входе детектора

Рис. 5.23. Сигналы на выходе детектора

Сохранение результатов расчетов в виде графиков (в графическом формате BMP) выполняется по команде Copy to Clipboard (копировать в буфер обмена), вызываемой из меню Window.

Для оценки влияния на работу детектора величины амплитуды несущей частоты следует задать несколько её

значений. Сохраняя постоянное значение глубины модуляции, определим, как это отражается на выходном сигнале в узле 4. Для источника VPWL_FILE подготовим три dat-файла с различными амплитудами несущей частоты и фиксированным значением глубины модуляции. Последовательно подключая их к источнику, рассчитаем переходные процессы для каждого случая. Иллюстрация полученных зависимостей приведена на рис. 5.24. Для каждого расчета оп- ределим максимальную и минимальную амплитуды напряжения на нагрузке. Коэффициент детектирования К_д определяется из выражения

,

где U_Ω – амплитуда напряжения на

нагрузке; U_ω – амплитуда колебания несущей частоты; m – глубина модуляции.

Используя данные, полученные при расчетах переходных процессов, по формуле

,

(где U_max– максимальное значение амплитуды, U_min – минимальное значение амплитуды) определим амплитудные значения напряжения низкой частоты.

Значения входного и выходного сигналов, а так же коэффициент детектирования при постоянном значении m, равном 0.3, заносим в табл. 5.2. Значения амплитуды несущей компоненты, в качестве примера, задаем равными 0.8В, 1.0В, 1.2В.

Рис. 5.24. Зависимость выходного сигнала от амплитуды

несущей частоты

Таблица 5.2

Исследование зависимости коэффициента детектирования от амплитуды несущей частоты сигнала на входе детектора

Для оценки влияния глубины модуляции на работу детектора следует изменять значение глубины модуляции при постоянной амплитуде несущей частоты (U_ω = 1В).

Для источника VPWL_FILE подготовим три dat-файла с различными значениями глубины модуляции и, последовательно подключая их к источнику, рассчитаем переходные процессы для каждого случая (рис. 5.25).

Рис.5.25. Форма выходного сигнала при различных значениях глубины модуляции

Значения выходного сигнала, а также коэффициента детектирования и глубины модуляции сведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Исследование зависимости коэффициента детектирования от глубины модуляции сигнала на входе детектора

Для оценки влияния частоты модуляции на работу АМ-детектора подготовим dat-файлы с различными значениями частоты модулирующего сигнала и, последовательно подключая их к источнику, рассчитаем переходные процессы для каждого случая (рис. 5.26). Для примера использованы величины 3, 15 кГц. Определим, как это отражается на выходном сигнале в узле 4. Так как с увеличением частоты сигнала уменьшается полное сопротивление нагрузки за счет

Рис. 5.26. Форма выходного сигнала при изменении частоты модуляции

уменьшения сопротивлений конденсаторов С1, С2 переменному току, то падение напряжения на нагрузке так же уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента детектирования. Следует отметить, что данная модель не вполне соответствует реальному радиоприемнику, т.к. здесь источник сигнала непосредственно связан с нагрузкой и изменение её полного сопротивления при измени частоты вызывает изменение входного сигнала. Поэтому при выполнении работы не рекомендуется выходить за пределы диапазона 3…20 кГц.

Исследование влияния величины нагрузки детектора на нелинейные искажения сигнала производится следующим образом. Выберем в качестве изменяемого параметра номинал резистора R2. Для оценки влияния резистора R2 на работу АМ-детектора следует изменить значение его номинала приблизительно от 500 Ом до 30 кОм и определить, как это отразится на сигнале после детектирования в узле 2 (рис. 5.27).

Рис .5.27. Форма напряжения в узле 2 при различных

значениях сопротивления резистора R2

Если вывести на экран сигнал в узле 1, то легко убедиться, что при определенном значении R2 выходной сигнал перестает отслеживать огибающую входного сигнала, т.к. конденсатор С1 не успевает разражаться через это сопротивление, т.е. сигнал искажается.

Исследование влияния температуры на процесс детектирования АМ-сигнала производится путём расчёта переходного процесса при различных её значениях.

В качестве примера проведем исследование для диапазона температур, ограниченного величинами – 20°С и + 40°С. Для расчета переходного процесса при различных температурах в панели Analysis Setup помимо пункта Transient следует активировать пункт Temperature (температура). В открывшемся окне достаточно через запятую указать значения температуры (в градусах Цельсия), при которых следует выполнить расчет. Результат расчёта при вариации температуры представлен на рис. 5.28.

Рис. 5.28. Изменение выходного колебания AM-детектора при вариации температуры

Для изучения принципа работы АРУ следует, изменяя значение амплитуды источника, при постоянном коэффициенте модуляции по 3 – 4 точкам построить зависимость регулирующего напряжения в узле 3 от амплитуды несущей. Рекомендуемое время анализа 600мкс. Значения напряжения снимать при одном и том же значении времени, например, 500мкс. Напряжения в узле 3 от амплитуды несущей. Рекомендуемое время анализа 600мкс. Значения напряжения снимать при одном и том же значении времени, напр., 500мкс.

Рис.5.29. Влияние амплитуды несущей на величину регулирующего напряжения

Это связано с тем, что для полного заряда конденсатора в фильтре АРУ требуется довольно значительное время и проводить анализ в течение всего этого периода нет необходимости. Иллюстрации полученных результатов для двух значений несущих (0,3В, 1,5В) приведены на рис. 5.29.

5.6. Контрольные вопросы и задания

1. Нарисуйте схему диодного детектора амплитудно-модулированных колебаний последовательного типа. Поясните назначение элементов.

2. Какие элементы образуют нагрузку детектора?

3. Как влияет разделение нагрузки амплитудного детектора на величину его коэффициента детектирования? В каких пределах заключено значение коэффициента детектирования амплитудного детектора?

4. Какой элемент амплитудного детектора называется регулятором громкости звуковых колебаний?

5. Какова связь между углом отсечки и коэффициентом детектирования амплитудного детектора в режиме линейного детектирования? Какой режим диодного детектора считают линейным?

6.Как влияют величины сопротивления нагрузки и диода детектора на коэффициент передачи напряжения детектора?

7. Как зависит коэффициент детектирования детектора амплитудно-модулированных колебаний от амплитуды несущей частоты сигнала на входе детектора? Как Вы можете это объяснить?

8. Как влияет глубина модуляции амплитудно-модулированных колебаний на коэффициент детектирования АМ-детектора?

9. Почему при определении коэффициента фильтрации на вход детектора подаётся немодулированное напряжение промежуточной частоты?

10. Объясните вид частотной характеристики амплитудного детектора.

11. Как влияет разделение нагрузки амплитудного детектора на величину его коэффициента фильтрации? В каких пределах заключено значение коэффициента фильтрации высокочастотного напряжения амплитудного детектора?

12. Какие элементы образуют фильтр автоматической регулировки усиления?

13. Какие бывают типы автоматической регулировки усиления, чем они отличаются?

14. Как влияют сопротивления нагрузки и диода детектора на коэффициент передачи напряжения детектора?

15. Как влияет автоматическая регулировка усиления на амплитудную характеристику радиоприёмника?

16. Нарисуйте амплитудные характеристики радиоприёмника АМ-сигналов при отсутствии АРУ, при наличии простой АРУ, АРУ с задержкой.

17. Каким образом можно создать напряжение задержки на диоде детектора АРУ? Приведите пример, используя принципиальную электрическую схему радиовещательного радиоприёмника.

18. Какой процесс называют модуляцией? Проиллюстрируйте графически форму колебания, модулированного по амплитуде.

19. Напишите уравнение огибающей АМ-сигнала, уравнение колебания, модулированного по амплитуде.

20. Дайте понятие коэффициента глубины амплитудной модуляции. В каких пределах он может изменяться? Как определить величину глубины модуляции по известной форме АМ-сигнала?

21. Как выглядит спектр и векторная диаграмма АМ-колебания в случае тональной модуляции.

22. Поясните энергетические соотношения при амплитудной модуляции.

23. Что означает однополосная амплитудная модуляция?

24. Поясните электрические характеристики детектора АМ-колебаний: {детекторная характеристика коэффициент передачи напряжения детектора, частотная характеристика детектора}.

25. Поясните электрические характеристики детектора АМ-колебаний: {коэффициент нелинейных искажений, входное сопротивление детектора, коэффициент фильтрации высокочастотного напряжения}.

26. Поясните физическую сущность процесса детектирования амплитудно-модулированных колебаний.

27. При каких условиях в детекторе больших амплитуд возникают нелинейные искажения? Запишите условие безинерционной работы детектора (условие Сифорова).

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 615; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!