10 Формирование модулированных сигналов и преобразование частоты

Примеры решения задач:

Задача 1. Какой процесс осуществляется в устройстве (см. рисунок)?

Варианты ответов: а)широтно-импульсная модуляция; б) амплитудная модуляция; в) частотная модуляция; г) фазовая модуляция.

Решение: Согласно [2] , в устройстве осуществляется фазовая модуляция, т.е. правильный ответ г).

Задачи для самостоятельного решения:

10.1 Составьте определение устройства модулятор.

10.2 Какой процесс осуществляется в устройстве (см. рисунок 10.1)?

Рисунок 10.1 − Условное графическое обозначение

Варианты ответов: а) фазовая модуляция; б) частотная модуляция; в) амплитудно-импульсная модуляция; г) амплитудная модуляция.

10.3 Какой модулятор формирует двухполосный модулированный сигнал с большим уровнем несущего колебания?

Варианты ответов:

а) однотактный амплитудный;

б)балансный амплитудный;

в)частотный, при индексе частотной модуляции равном 2,4.

г) все, вышеприведенные ответы верны.

10.4 Вставьте недостающие слова: « … модулятор обеспечивает формирование только двухполосного спектра сигнала без …, из которого методом фильтрации или … формируется однополосный сигнал».

10.5 Какой модулятор формирует двухполосный модулированный сигнал без несущего колебания?

Варианты ответов:

а) однотактный амплитудный на транзисторе;

б)частотный при индексе частотной модуляции, равном 3,3;

в)балансный;

г) все, вышеперечисленные ответы, верны.

10.6 Дополните текст: « В амплитудном модуляторе происходит … несущего колебания и … сигнала».

10.7 Какой процесс осуществляется устройстве (см. рисунок 10.2)?

Рисунок 10.2 − Условное графическое обозначение

Варианты ответов: а) частотно-импульсная модуляция; б) амплитудная модуляция; в) частотная модуляция; г) фазовая модуляция.

10.8 Дополните текст: «Перенос спектра первичного сигнала в другую часть диапазона частот, происходящий при модуляции, иногда называется …».

10.9 Какой процесс осуществляется в устройстве (см. рисунок 10.3)?

Рисунок 10.3 − Условное графическое обозначение

Варианты ответов: а) детектирование сигналов; б) преобразование частоты; в) амплитудно-импульсная модуляция; г) декодирование импульсов.

10.10 Такой спектр тока сигнала получается на выходе (см. рисунок 10.4):

Рисунок 10.4 − Спектр сигнала

Варианты ответов: а) преобразователя частоты; б) умножителя частоты; в) однотактного модулятора; г) балансного модулятора.

10.11 Докажите, что на выходе балансного модулятора в спектре сигнала будет отсутствовать несущее колебание. Вольтамперные характеристики нелинейных элементов модулятора аппроксимируются полиномом i=а₁u+а₂u². По результатам анализа постройте спектральную диаграмму сигнала на выходе модулятора.

10.12 Составьте принципиальную электрическую схему амплитудного модулятора на биполярном транзисторе n-p-n (р-n-p) типа. Поясните принцип работы модулятора с использованием временных диаграмм.

10.13 Дополните текст: « В … модуляторе формируется … модулированный сигнал с большим уровнем несущего колебания, а на выходе балансного – модулированный сигнал без … …».

10.14 Структурная схема какого устройства приведена на рисунке 10.5? Поясните назначение узлов устройства.

Рисунок 10.5 − Структурная схема устройства

10.15 Докажите, что при использовании модулятора, выполненного по схеме (см. рисунок 10.5), подавляется одна боковая частота.

10.16 Нарисуйте принципиальную электрическую схему модулятора, на выходе которого формируется сигнал со спектром, показанном на рисунке 10.6. Составьте уравнения модулирующего, несущего колебаний и модулированного сигнала, если амплитуда модулирующего сигнала равна 0,4 В, несущего колебания 1,6 В

Рисунок 10.6 − Спектральная диаграмма

10.17 Нарисуйте принципиальную электрическую схему модулятора, на выходе которого формируется сигнал со спектром, показанном на рисунке 10.7. Составьте уравнения модулирующего и несущего колебаний, если коэффициент амплитудной модуляции равен 38%,.

Рисунок 10.7 − Спектральная диаграмма

10.18 Составьте принципиальную электрическую схему амплитудного модулятора на биполярном транзисторе p-n-p типа. Докажите, что при подаче на вход двух гармонических колебаний, отличающихся частотой, получится сигнал со спектральной диаграммой (см. рисунок 10.8):

Рисунок 10.8 − Спектральная диаграмма

10.19 Составьте принципиальную электрическую схему балансного амплитудного модулятора на диодах. Поясните принцип работы модулятора с использованием временных диаграмм. Как обеспечить выделение амплитудно-модулированного сигнала?

10.20 Структурная электрическая схема какого устройства приведена на рисунке 10.9?

Рисунок 10.9 − Структурная электрическая схема

Пояснения: АГ – автогенератор УУ – управляющее устройство (реактивное сопротивление, управляемое информационным сигналом).

10.21 Схема какого устройства приведена на рисунке 10.10? Укажите назначение элементов устройства и источников питания и сигналов.

Рисунок 10.10−Принципиальная схема устройства

10.22 Докажите, что при индексе частотной модуляции меньшем единицы ширина спектра частотно- модулированного сигнала равна удвоенному значению максимальной частоты модулирующего сигнала. Как называют такую частотную модуляцию и какой физический смысл индекса частотной модуляции?

10.23 Составьте принципиальную электрическую схему частотного модулятора на биполярном транзисторе n-p-n ( p-n-p )типа с непосредственным управлением частотой автогенератора. Поясните принцип работы.

10.24 Схема какого устройства приведена на рисунке 10.11? Какие сигналы взаимодействуют в устройстве? Каким должно быть распределение потенциалов на резисторах R1и R2?

Рисунок 10.11− Принципиальная схема устройства

10.25 Нарисуйте принципиальную электрическую схему модулятора, на выходе которого формируется сигнал (см. рисунок 10.12). Рассчитайте ширину спектра сигнала на выходе модулятора, если на вход подается модулирующий сигнал частотой 814 кГц, несущее колебание частотой 70 МГц и амплитудой 5В. Составьте математическую модель модулированного сигнала. Максимальное отклонение частоты при модуляции равно 200 кГц.

Рисунок 10.12 − Временная диаграмма сигнала.

10.26 Схема какого устройства приведена на рисунке 10.13? Поясните назначение узлов устройства

Рисунок 10.13− Принципиальная схема устройства

10.27 Составьте структурную электрическую схему модулятора с относительной фазовой манипуляцией. Поясните процессы в узлах модулятора с использованием временных диаграмм.

10.28 Нарисуйте временные диаграммы сигналов на входе и выходе модулятора, формирующего сигнал по закону двоичной абсолютной фазовой манипуляции, если модулирующий сигнал получен в результате кодирования информационной последовательности символов 1101 систематическим линейным блочным кодом Хэмминга с порождающей матрицей:

G = Длительность одной посылки импульса составляет 4мкс. Рассчитайте ширину спектра модулированного сигнала.

10.29 Составьте функциональную электрическую схему кодера импульсно-кодово модулированного сигнала. Проведите кодирование АИМ сигнала с амплитудой, равной порядковому номеру записи фамилии студента в учебном журнале.

10.30 Составьте функциональную электрическую схему декодера импульсно-кодово модулированного (ИКМ) сигнала. Проведите декодирование ИКМ сигнала, соответствующего последовательности 101100.

10.31 Дополните текст: « При … частоты происходит …… спектра модулированного сигнала из одной области частот в другую без изменения … сигнала».

10.32 Докажите, что при подаче на вход нелинейного элемента с полосовым фильтром на выходе элемента разности амплитудно-модулированного сигнала и гармонического несущего колебания произойдет преобразование частоты. Вольтамперная характеристика нелинейного элемента аппроксимируется полиномом i=а_o+а₂u². Начальными фазами модулированного сигнала и несущего колебания пренебречь.

10.33 Докажите, что при подаче на вход нелинейного элемента суммы амплитудно-модулированного сигнала и гармонического колебания гетеродина произойдет преобразование частоты, если на выходе нелинейной цепи включить полосовой фильтр. Вольтамперная характеристика нелинейного элемента аппроксимируется полиномом i=а_o+а₂u². Начальными фазами модулированного сигнала и несущего колебания пренебречь. По результатам анализа постройте спектральную диаграмму сигнала на выходе нелинейного элемента.

10.34 Докажите, что при подаче на вход нелинейного элемента сигнала и несущего колебания А_mcosω_H t произойдет при наличии на выходе полосового фильтра преобразование частоты. Вольтамперная характеристика нелинейного элемента аппроксимируется полиномом i= а_o - а₂u². По результатам анализа постройте спектральную диаграмму сигнала на выходе нелинейного элемента. Принять M<1.

10.35 Нарисуйте временную диаграмму амплитудно-модулированного (АМ) сигнала на выходе преобразователя частоты, если частота АМ сигнала на выходе преобразователя частоты меньше частоты АМ сигнала на его входе. Модулирующий сигнал произвольной формы.

10.36 Нарисуйте временную диаграмму амплитудно-модулированного (АМ) сигнала на выходе преобразователя частоты, если частота АМ сигнала на выходе преобразователя частоты больше частоты АМ сигнала на его входе. Модулирующий сигнал формы, показанной на рисунке 4.5.

10.37 На вход балансного амплитудного модулятора поступает телефонный сигнал, который взаимодействует с несущим колебанием частотой 64 кГц. Полосовой фильтр, включенный на выходе модулятора, выделяет нижнюю боковую полосу (НБП) частот. Полученный однополосно-модулированный сигнал поступает на преобразователь частоты (ПЧ), где взаимодействует с колебанием гетеродина частотой 420 кГц. Рассчитайте спектр частот на выходе ПЧ, если фильтр, включенный на выходе ПЧ, выделяет нижнюю боковую полосу частот. Нарисуйте структурную схему рассматриваемого функционального узла.

10.38 В каналообразующей аппаратуре формируется групповой сигнал в спектре частот 312…552 кГц. Этот сигнал подвергается преобразованию с использованием колебания гетеродина 564 кГц. Определите спектр линейного сигнала в кабельной линии передачи, если полосовой фильтр, включенный на выходе преобразователя частоты выделяет нижнюю боковую полосу частот.

10.39 На вход преобразователя частоты передающего устройства радиорелейной системы передачи поступает частотно модулированный сигнал в полосе частот 65…75 МГц. Этот сигнал взаимодействует с колебанием гетеродина частотой 3492 МГц. Определите полосу частот на выходе преобразователя частоты, если фильтр включенный на выходе преобразователя частоты выделяет нижнюю боковую полосу частот преобразованного сигнала.

10.40 Определите спектр сигналов на выходе преобразователя частоты, если на его вход поступают и . Постройте спектральную диаграмму модулированных сигналов на выходе преобразователя частоты.

10.41 Рассчитайте спектр частот на выходе преобразователя частоты (см. рисунок 10.14). Составьте наиболее приемлемую принципиальную электрическую схему преобразователя частоты для рассматриваемого примера.

Рисунок 10.14− Схема электрическая структурная тракта передачи аппаратуры

10.42 Составьте принципиальную электрическую схему преобразователя частоты на биполярном транзисторе n-p-n( p-n-p) типа. Поясните принцип работы преобразователя частоты если на вход подан амплитудно-модулированный сигнал и гармоническое несущее колебание. Нарисуйте временные и спектральные диаграммы сигналов на выходе преобразователя