Лабораторные работы

Радиотехнические цепи и сигналы

1. Исследование спектра периодических сигналов

1.1. Общие положения

1.1.1. Достигаемый уровень компетентности

• Знание основных принципов спектрального анализа сигналов;

• Понимание взаимосвязи между составляющими спектра и временными параметрами сигнала;

• Умение реализовать схемы в программе для моделирования электрических и электронных схем – Multisim10;

• Навыки использования программных пакетов компьютерного моделирования для спектрального анализа сигналов.

1.1.2. В процессе выполнения работы студент должен научиться:

• Применять преобразование Фурье для определения составляющих спектра периодического сигнала;

• Работать в среде Multisim10;

• Определять спектр периодического сигнала посредством возможностей, предоставляемых программой для моделирования – Multisim10;

• Понимать связь между особенностями спектра и временными параметрами периодического сигнала;

• Оценивать эффективную ширину спектра простых сигналов.

1.1.3. Длительность лабораторной работы – 4 часа

1.1.4. Необходимые приборы, радиодетали и материалы

• Персональный компьютер с операционной системой Windows XP;

• Программный пакет Multisim (версия 10.1);

• Принтер.

1.1.5. Указания к проведению работы

• Работа осуществляется бригадой из 23 студентов;

• При оформлении отчёта по лабораторной работе использовать возможности графического интерфейса пакета Multisim.

1.2. Основные теоретические положения

Рассмотрим вещественный периодический сигнал s(t) с периодом Т.

Энергия сигнала вычисляется, на отрезке времени [t₁, t₂], следующим образом:

В частности, энергия периодического сигнала за период Т есть интеграл

В спектральном анализе показано, что периодический сигнал с ограниченной энергией за период Т может быть представлен в виде ряда Фурье

(1.1)

с коэффициентами

где называется основной гармоникой.

Колебания с номерами n=2,3,4,5… называют высшими гармониками, а − постоянной составляющей сигнала.

Проведя тригонометрические преобразования, можно из выражения (1.1) получить другую форму ряда Фурье:

, (1.3)

где

-

-

В соответствии с (1.3) исходный сигнал S, представленный во временной области функцией s(t), может быть эквивалентным образом представлен в частотной области в виде его спектральной диаграммы (амплитудной и фазовой) - рис 1-1 .

Рис 1-1.

Особый интерес представляет амплитудная диаграмма, которая позволяет судить о процентном содержании тех или иных гармоник в спектре периодического сигнала.

3. Программа моделирования электрических схем Multisim.

Запуск программы Multisim

Если программа Multisim правильно установлена на вашем компьютере, ее можно запустить из меню Start (Пуск) среды Windows. В зависимости от конфигурации рабочего стола и используемой версии Windows меню Start может различаться.

Размещение компонентов

Существуют три способа выбора компонентов: с помощью, во первых, панелей инструментов и вкладки Component Bin, во вторых, панелей инструментов и диалогового окна COMPONENT (Компонент) и, в третьих, меню Multisim и диалогового окна Component.

Увеличенная панель компонентов:

При пользовании этой панелью выполняется несколько больше действий, но она позволяет разместить любой необходимый компонент.

Для быстрого добавления источников питания переменного тока можно пользоваться панелью инструментов VIRTUAL (Виртуальные.

Увеличенная панель инструментов VIRTUAL:

Виртуальный компонент представляет собой идеальный компонент, такой, например, как диод, резистор, имеющий нестандартное значение, операционный усилитель (ОУ) и так далее. Если нажать одну из кнопок на пане

ли инструментов, появится вложенная панель инструментов (будем называть ее «панель компонентов»). На ней можно быстро выбрать нужный компонент. Панель компонентов содержит стандартные компоненты, а именно:

— Power Sources (Источники питания) — одно и трехфазные источники питания, а также источники питания постоянного тока и заземление;

— Signal Sources (Источники сигнала) — источники напряжения и тока: источники прямоугольного сигнала, кусочного линейного сигнала и таймеры;

— Basic Parts (Базовые компоненты) — базовые компоненты, которые включают резисторы, конденсаторы, катушки и так далее;

— Diodes and Zeners (Диоды и стабилитроны);

—Transistor Components (Транзисторные компоненты) — биполярные транзисторы BJT, мощные полевые транзисторы MOSFET, арсенид галлиевые транзисторы GaAsFET и полевые транзисторы JFET;

—Analog Components (Аналоговые компоненты) — операционные усилители (ОУ) и компараторы;

—Miscellaneous Components (Прочие компоненты) — аналоговые переключатели, предохранители, 7 сегментные дисплеи, двигатели, таймер 555 й серии и так далее;

— Rated Components (Компоненты с ограничениями) — компоненты, которые имеют физические ограничения и могут выйти из строя при их превышении. Например, резисторы с ограничением по мощности или транзисторы с ограничением по коллекторному току. Если во время моделирования будет

превышено предельное значение, компонент в схеме будет показан как вышедший из строя;

— 3D Components (Трехмерные компоненты) — отображаются с использованием элементов трехмерной графики;

— Measurements Components (Измерительные компоненты) — устройства для измерения напряжения и тока, а также пробники логического уровня.

Подключение компонентов

Для соединения компонентов необходимо подвести курсор мыши к контакту компонента. При приближении к контакту курсор мыши будет заменен символом в виде перекрестья. Далее производится щелчок ЛЕВОЙ кнопкой мыши и перемещение курсора. Вы заметите, что при его перемещении за перекрестьем тянется линия.

Если нет необходимости подводить провод к выбранному полюсу, нажмите клавишу ESC, линия исчезнет.