6 Требования к отчету

Отчет должен содержать формулировку целей лабораторной работы, функциональную схему установки с подключенными внешними приборами, результаты домашней подготовки (расчеты и графики по п.п. 4.2 - 4.6), результаты лабораторных экспериментов (рисунок 10), выводы по результатам подготовки и экспериментальных исследований.

Рисунок 10 – Пример графиков временных процессов

при моделировании семиэлементного кода Баркера

При формулировке выводов обратить внимание на соответствие результатов экспериментов теоретическим положениям, приведенным в разделе 2, и результатам расчетов при домашней подготовке.

7 Контрольные вопросы

7.1 Какой фильтр называется оптимальным при наблюдении детерминированного сигнала в присутствии шума с постоянной спектральной плотностью мощности. Что такое согласованный фильтр?

7.2 Как зависит коэффициент передачи согласованного фильтра от спектральной функции сигнала?

7.3 Как связана импульсная реакция согласованного фильтра с формой входного сигнала?

7.4 Как связан отклик от действия сигнала на выходе согласованного фильтра с функцией автокорреляции сигнала?

7.5 От чего зависит отношение максимального значения сигнала к эффективному значению шума на выходе согласованного фильтра?

7.6 Как найти коэффициент передачи оптимального фильтра, если шум на его входе не является «белым»?

7.7 Почему согласованный фильтр называется оптимальным?

7.8 Изобразите структурную схему фильтра, согласованного с одиночным прямоугольным импульсом? Какую форму имеет сигнал на выходе этого фильтра?

7.9 Как формируется согласованный фильтр при наблюдении пачки импульсов одинаковой формы?

7.10 Что такое гребенчатый фильтр?

7.11 Какое главное свойство имеют сигналы Баркера?

7.12 Какой из сигналов Баркера является наилучшим?

7.13 Сколько различных сигналов Баркера можно создать на базе последовательности с фиксированным числом импульсов (например, 11)?

7.14 Изобразите структурную схему оптимального фильтра для сигнала Баркера.

7.15 Чем отличается оптимальный фильтр для последовательности радиоимпульсов от оптимального фильтра для последовательности видеоимпульсов? Показать на примере фильтра для кода Баркера.

7.16 Доказать, что циклическая перестановка импульсов в коде Баркера не дает новых кодов, обладающих свойствами кодов Баркера.

Лабораторная работа № 8 исследование lc-автогенератора

1 Цель работы

Экспериментальное исследование основных характеристик LC-автогенераторов в установившемся режиме.

В работе измеряются зависимости амплитуды генерируемых колебаний от коэффициента обратной связи для мягкого и жёсткого режимов самовозбуждения; исследуется влияние амплитуды внешнего воздействия на полосу захватывания.

2. Генерация гармонических колебаний

НА ОСНОВЕ УСИЛИТЕЛЕЙ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Автогенератором называется первичный источник колебаний, работающих в режиме самовозбуждения. Любой автогенератор представляет собой нелинейное устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию высокочастотных колебаний.

Автогенератор, находящийся в стационарном режиме, представляет собой обычный нелинейный усилитель, для возбуждения которого используются колебания, вырабатываемые в самом генераторе. Частота и амплитуда этих колебаний определяются параметрами радиоэлементов автогенератора.

Принципиальная схема LC- автогенератора, исследуемого в работе, приведена на рисунке1.

Рисунок 1 – Принципиальная схема LC-автогенератора

Он представляет собой транзисторный автогенератор с контуром в цепи стока и с трансформаторной обратной связью между цепью стока и цепью затвора, Трансформатор образован индуктивностями L и L_З, охваченными магнитной связью величиной M. Обобщённая эквивалентная схема для переменных составляющих токов показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Эквивалентная схема автогенератора

Пусть нагрузкой нелинейного усилителя служит высокодобротный контур. В этом случае колебания на входе и выходе нелинейного усилителя имеют вид гармонических функций:

Комплексный коэффициент передачи по напряжению нелинейного избирательного усилителя по первой гармонике представляется в виде:

(1)

Комплексный коэффициент передачи четырёхполюсника обратной связи определяется соотношением:

(2)

В автогенераторе в стационарном режиме генерации колебаний выполняется условие

(3)

из которого следуют два условия:

условие баланса амплитуд

(4)

условие баланса фаз

(5)

где n = 0,1,2,3…

Условие (5) позволяет найти частоту генерируемых колебаний, а условие (4) – их амплитуду, которую можно определить, например, графически по колебательной характеристике нелинейного резонансного усилителя.

Модуль коэффициента усиления нелинейного усилителя в стационарном режиме генерации определяется как отношение амплитуды гармонического напряжения на стоке к амплитуде гармонического напряжения на затворе:

(6)

где S₁ = I_1c/U_m – средняя крутизна транзистора по первой гармонике;

Z_кн – модуль сопротивления нагруженного контура;

p₁ – коэффициент включения транзистора в контур;

Q_н – эквивалентная (нагруженная) добротность контура;

r – характеристическое сопротивление контура;

x – обобщенная расстройка контура на частоте генерации.

Если на частоте генерации можно не учитывать инерционности в модели транзистора (ёмкости p-n–переходов принять нулевыми), т.е. считать его безинерционным нелинейным элементом, то баланс фаз выполняется на частоте резонанса контура и x = 0. В этом случае модуль сопротивления контура равен его резонансному сопротивлению

(7)

Пересечение зависимости средней крутизны от амплитуды входного напряжения нелинейного усилителя с прямой, параллельной оси абсцисс, определяемое равенством

, (8)

соответствует стационарной амплитуде гармонических колебаний на затворе в режиме генерации.

Зависимость средней крутизны по первой гармонике может быть получена на основании данных, полученных расчетным и экспериментальным путем в работе № 8 «Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты».

Воздействие внешней гармонической ЭДС на автогенератор приводит к принудительной синхронизации захватыванию) частоты автогенератора в некоторой полосе частот. Ширина полосы захватывания Dw пропорциональна отношению амплитуды внешней ЭДС U_с к амплитуде автоколебаний U_m, имеющей место в цепи, куда подводится синхронизирующая ЭДС

, (9)

де – эквивалентная добротность контура генератора;

w₀– частота колебаний генератора.

При изменении частоты синхронизирующего колебания изменяется фазовый сдвиг между синхронизирующим колебанием и колебанием автогенератора. Разность фаз определяется соотношением

Dj = arcsin[(U_m/U_c)·(2(w_с – w₀)Q / w₀) ] (10)

где w_с – частота синхронизирующего сигнала.

Полоса синхронизации определяется из соотношения (10) на основании условия

sinDj = 1.

Принципиальная схема LC-автогенератора при внешнем воздействии E_син в цепи смещения затвора изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Принципиальная схема автогенератора,

находящегося под внешним воздействием E_син

Для этой схемы напряжение U_m равно напряжению на затворе транзистора.