Правила выполнения лабораторных работ по дисциплине «Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах»

относительно дешевы и позволяют обеспечить прецизионность параметров колебаний от звуковых частот до частот, измеряемых в гигагерцах. От одного генератора, содержащего синтезатор частот, можно получить колебания синусоидальной, прямоугольной и других форм. Имеется возможность модулировать сигнал, перестраивать частоту и уровень сигнала, обеспечивать выбранный уровень искажений. Например, можно формировать побочную амплитудную модуляцию для сигнала с частотной модуляцией.

Типичный современный генератор с синтезатором частот позволяет получать сигналы в диапазоне от 100 кГц до 2 ГГц. Синтезатор генерирует сигналы на любой из множества частот, следующих друг за другом с определенным интервалом, называемым шагом дискретной сетки. Уровень сигнала может меняться от 0,02 мкВ (-140 дБм) до 1 В (+13 дБм) на нагрузке 50 Ом. Такие генераторы имеют низкие уровни паразитных спектральных составляющих на выходе – до минус 100 дБ относительно несущей.

В настоящее время синтезатор может быть выполнен на одной интегральной микросхеме, за исключением фильтра нижних частот, генератора, управляемого напряжением (ГУН), и кварцевого резонатора.

Для применения в автоматизированных измерительных комплексах большинство генераторов могут дистанционно программироваться с помощью стандарта IEEE488 с клавиатуры управления на передней панели прибора с полным контролем всех функций.

Нередко генераторы строятся по модульному принципу. Основной блок содержит опорный генератор, источник питания, клавиатуру и цифровые дисплеи. Сменные модули позволяют формировать сигналы различной формы и с разными законами модуляции.

Импульсные генераторы (подгруппа Г5) подразделяются на генераторы последовательности импульсов и генераторы групп импульсов.

К параметрам прямоугольного импульса можно отнести:

1) амплитудное значение  U_m;

2) длительность импульса;

3) напряжение спада вершины (менее  0,05U_m);

4) длительность фронта нарастания, т.е. интервал времени, в течение которого мгновенное значение нарастает с 0,1 до 0,9;

5) длительность фронта спада: от 0,9 до 0,1;

Вариант структурной схемы импульсного генератора приведен на рис. 1.3.

Рис. 1.3

Для формирования сигналов специальной формы (подгруппа генераторов Г6) используются зарядно-разрядные и накопительные явления, протекающие в широкополосных электрических цепях с положительной обратной связью.

Обычно такие приборы содержат в своем составе несколько блоков формирования различных по форме сигналов (рис. 1.4).

Рис. 1.4

Особую группу генераторов составляют генераторы шумоподобных сигналов (подгруппа Г2).

Генераторы шумовых сигналов служат для формирования флуктуационных напряжений. В задающем генераторе происходит формирование белого шума. Источником белого шума может служить проволочный резистор, разогретый до определенной температуры, болометр, который представляет собой вакуумный стеклянный баллон, внутри которого натянута вольфрамовая нить. Могут применяться фотоэлектронные умножители, газоразрядные трубки, шумовые диоды.

Проволочные резисторы и болометры генерируют шумы Найквиста   мощностью до 10^-21…10^-20 Вт/Гц.

Опорные и лавинно-пролетные полупроводниковые диоды генерируют шумы .

Газоразрядные трубки генерируют мощность до  10^-3…10^-4 Вт/Гц.

В цифровых генераторах шумов генерируются шумоподобные псевдослучайные последовательности с заданными вероятностными характеристиками.

Более подробно об измерительных генераторах можно прочитать в [1…4].

Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется на ПЭВМ моделированием измерительных приборов, измерительных схем и их параметров и характеристик в среде пакета программ Micro CАР 7.0.

На экран могут быть вызваны четыре вида окон:

- окно с исследуемым генератором, выполненным на мосте Вина (рис.1.5);

Рис. 1.5

- окно с таблицей задания параметров эксперимента;

- окно с результатами эксперимента (осциллограмма процесса и спектр сигнала);

- окно с инструкцией по выполнению измерений.

Рабочее задание

Для выполнения пп. 1...3 необходимо вызвать на экран файл «ГНЧ-1.cir».

1. Исследование способов перестройки частоты генератора

1.1. Установите С1=С2=10 нФ, R1=R2=10 кОм.

Включите режим временного анализа (ALT+1), установите время анализа 200…500 мс, максимальный шаг 8 мкс, температуру 20 ^оС. Нажмите клавишу «RUN».

Выделите курсором несколько периодов установившегося колебания. Перейдите в режим электронных курсоров, нажав F8. С помощью  электронных курсоров измерьте период Т и амплитуду U_m полученного колебания. Для повышения точности измерения частоты колебаний измерения проводите по 10 периодам. Повторите измерения для значений сопротивлений частотозадающих резисторов (R1 и R2) 24 кОм, 51 кОм и 100 кОм.

Занесите значения С, R, Т, F, U_m в табл.1.1.

Таблица 1.1

Для выхода из режима моделирования следует нажать F3.

1.2. Выполните измерения для значений емкости частотозадающих конденсаторов (С1 и С2) 1 нФ, 10 нФ, 33 нФ и 100 нФ для R1=R2=10 кОм.

Занесите значения С, R, U_m, Т, F в табл.1.2.

Таблица 1.2

Постройте графики зависимости частоты F от емкостей С, сопротивлений R, а также амплитуды колебаний U_m от частоты