Методы определения спектральных характеристик электрических сигналов: Учебно методическое пособие, страница 15

Часть 6.2. Экспериментальные исследования спектров детерминированных сигналов.

   Общая функциональная схема эксперимента показана на следующем рисунке:

   Источником аналоговых модельных сигналов является Генератор модельных сигналов. В качестве него могут использоваться следующие приборы:

• Стандартный лабораторный генератор сигналов различной формы
• Цифровой генератор, собранный на Цифро – аналоговом преобразователе (ЦАП) устройства L-Card
• Многофункциональный аналоговый генератор на звуковой карте компьютера, управляемый из расширения МАТЛАБ Data Acquisition.

   Стандартный лабораторный генератор, имеющийся на каждом рабочем месте лаборатории,  может вырабатывать сигналы прямоугольной и синусоидальной формы.

   Цифровой генератор работает под управлением ЭВМ. Программное обеспечение генератора позволяет вырабатывать гармонические сигналы, прямоугольные импульсы, треугольные и пилообразные импульсы, отрезки синусоид (в том числе ограниченные по амплитуде), радиоимпульсы с заполнением. Набор программ может дополняться и другими сигналами, в частности, функцией Дирихле. Таким образом, этот генератор является в достаточной степени  универсальным. Подробности его использования см. в описании лабораторной работы Автоматизированные измерения и моделирование свойств линейных систем.

   Генератор третьего типа представляет собой  цифро - аналоговый преобразователь (ЦАП), работающий с одним из каналов звуковой карты компьютера (по выбору левым или правым). Под управлением программ Data Acquisition он преобразует в аналоговую форму  цифровые функции, заданные программно. Таким способом синтезируются следующие сигналы:

• Sine – гармонический сигнал

• Square – последовательность прямоугольных импульсов
• Triangle – последовательность симметричных треугольных импульсов.
• Sawtooth – последовательность пилообразных импульсов
• Sinc  - периодическая sinc-функция -функция Дирихле.

        Помимо перечисленных функций, генератор может вырабатывать ещё два вида сигналов: функцию  Chirp – сигнал с плавно меняющейся частотой (по линейному, квадратичному или логарифмическом закону) и  функцию Random – случайный процесс.  Данный генератор также является универсальным, однако он обладает существенным недостатком. Он использует звуковую карту компьютера, её полоса пропускаемых частот ограничена звуковым диапазоном (примерно от 100 герц до 15 кгц). В ряде случаев этой полосы может быть недостаточно.

   Более подробно с  этим генератором можно ознакомиться в описании Лабораторной работы Функциональный генератор.

   Аналоговые сигналы, снимаемые с выхода какого – нибудь из описанных генераторов, визуально контролируются по экрану электронно – лучевого осциллографа. Такой контроль необходим чтобы пронаблюдать форму генерируемых сигналов и установить их параметры – амплитуду, длительность, период повторения и т.д.

   Следующим элементом экспериментальной установки является фильтр нижних частот (ФНЧ). Это аналоговое устройство, его назначение – ограничить спектр исследуемых сигналов сверху, чтобы удовлетворить условиям теоремы Котельникова.

   Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство для превращения аналоговых сигналов в цифровые реализации, доступные обработке на ЭВМ. В нашей лаборатории это устройство выполнено на плате фирмы L-Card типа L-761 , размещенной непосредственно в ЭВМ. Оно является современным электронным устройством, в котором использован специальный быстродействующий сигнальный процессор, так называемый АDSP (analog -digital signal processors). При этом исходные аналоговые сигналы могут преобразовываться сразу по многим каналам. Точнее, ряд каналов быстро опрашивается по очереди, а в результирующем файле данных эти каналы отображаются независимо. В нашем случае число независимых измерительных каналов может достигать шестнадцати.

Устройство  имеет в своём составе следующие функциональные узлы: