通信电子线路实验一Word格式文档下载.docx
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3.1常用仪器使用实验
1、说明频谱仪的主要工作原理,示波器测量精度与示波器带宽、与被测信号频率之间关系。
答:
一是对信号进行时域的采集,然后对其进行傅里叶变换,将其转换成频域信号。
这种方法对于AD要求很高,但还是难以分析高频信号。
二是通过直接接收,称为超外差接收直接扫描调谐分析仪。
即:
信号通过混频器与本振混频后得到中频,采用固定中频的办法,并使本振在信号可能的频谱范围内变化。
得到中频后进行滤波和检波,就可以获取信号中某一频率分量的大小(帕斯瓦尔定理)。
示波器测量精度与前置放大电路的噪声,电源的噪声,ADC采样的有效位数,信号调理电路的精度等都有关。
示波器带宽越宽,底噪越大,实际精度受到影响。
为了提高精度,ADC的位数必须足够多,但这将会降低ADC的转换速率(除非用的是并行比较型),也就是降低了ADC的采样频率。
而根据采样定理,ADC采样频率必须为信号最高频率的两倍以上,所以所采信号的频率限制了示波器的精度。
2、画出示波器测量电源上电时间示意图,说明示波器捕获电源上电上升时间的工作原理。
捕获这个过程需要示波器采样周期小于过渡时间。
这里,为了观察电源上电波形,只需采用电平触发,就可以捕获这个电压上升过程。
我们采用的是数字示波器,可以观察到预触发的波形。
测量电源上电时间示意图:
3、简要说明在FM调制过程中,调制信号的幅度与频率信息是如何加到FM波中的。
见以下公式
4、对于单音调制信号,分别采用AM与FM调制方式,信号所占的带宽如何计算,并与频谱仪测试结果进行比较说明。
AM波的带宽公式:
FM波的带宽公式:
可以观察到FM占用的带宽远大于AM。
这一点与从频谱仪上观察的结果一致。
3.2正弦波压控振荡器实验
【实验现象】
如下图为压控振荡器输出端的时域波形:
图3.2.1
频域波形:
图3.2.2
实验中观察到,开始时压控振荡器输出波形失真严重,经初步讨论研究,更换了示波器探头,实现阻抗匹配,再观察时波形依旧失真但相较于之前的已有所优化。
压控振荡器输出波形失真的原因,可能是内部变容二极管工作不正常,或者说是二极管的相位噪声过大造成的。
VCO内部可有突变型二极管和超突变二极管,突变性二极管往往有高Q值低相位噪声,相比之下而超突变二极管则有更大的相位噪声。
【整理分析】
1.整理实验数据,观测压控振荡器的压控特性。
并填写记录表,画出VCO控制特性曲线。
P23压控电压(V)
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
-0.5
P24脚输出频率(MHz)
2.26
2.71
3.31
3.96
4.81
5.92
7.18
9.06
11.01
14.29
输出电压幅度(mv)
220
492
712
720
584
536
504
376
112
96
2.根据式3.2.1,利用特性曲线,求出该压控振荡器的压控灵敏度K0。
实验数据
VCO控制特性曲线如下
K0=(f2-f1)/(Uc2-Uc1)=(14.29-2.26)M/[-0.5-(-9)]=1.4153MHz/V
3.3振幅调制与解调电路实验
实验中,调幅波在时域中的波形:
图3.3.1
调幅波的频谱图:
图3.3.2
解调所得波形:
图3.3.3
1.MC1496各引脚电位填入表3.3.1中。
表3.3.1MC1496各引脚电位实验数据
PIN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
(V)
0.00
-0.72
-1.15
-0.45
-6.09
8.13
0.04
5.49
0.05
8.12
0.06
-7.23
2.根据所测电压,分析并判断调幅集成电路内主要晶体管的工作状态。
图3.3.4
MC1496的电路原理图如上,根据引脚8、10和6、12的电压值可知:
8脚连接两个管子处于限幅工作状态,10脚连接的两个管子处于截止区;
根据引脚4,1和2,3的电压值可知:
1脚所连接的管子处于放大区,4叫连接的管子处于截止区;
根据引脚5,和14的电压值可知:
5脚所连接的两个管子都处于放大区,处于导通状态。
3.当fc=2MHz,Vpp=200mV正弦单音信号,fM=2kHz,Vpp=200mV正弦单音信号时:
①分别画出调幅信号的频域及时域波形,计算调制指数;
调幅信号的频域波形:
见上图3.3.2。
调幅信号的时域波形:
见上图3.3.1。
软件仿真图如下:
(a)
(b)
(c)
(d)
图3.3.5
调制指数Ka=1,0.7,0.5,0.1。
②测量此时的调幅波形,计算调制指数;
波形如图3.3.1所示。
调制指数约为85%。
③用频谱仪测量此时已调波的频谱
见实验现象图3.3.2。
4.写出此调幅信号的数学表达式,并计算此调幅波所占带宽。
数学表达式:
Uo(t)=Ucm*(1+0.85*cos(wm*t))*cos(wc*t);
所占带宽B=4kHz
5.实验步骤(3)与(4)中分别改变载波和基带信号幅度时,哪一个对已调信号波形的影响大一些,为什么?
基带信号的幅度影响较大。
据图3.3.4即MC1496电路原理图,基带信号输入的三极管工作在放大电路,而载波信号的三极管只工作在截止和放大区,相当于开关电路,改变输入幅值影响不大。
因此是载波信号对已调信号的波形影响较大。
3.4调频电路实验
FM波时域波形:
图3.4.1
FM波最高频率:
图3.4.2
FM波最低频率:
图3.4.3
FM波频谱图:
图3.4.4
用示波器FFT分析FM波:
图3.4.5
1.分别画出在实验内容
(1)和
(2)中所产生的FM波的时域波形和频谱图,在时域波形中表明幅度与周期,在频谱图中标出功率与FM波所占带宽。
FM波时域波形见图3.4.1,峰峰值1.88V,频率6.667MHz;
频谱图见3.4.4,带宽110Hz,此参数不足信,因为在原始题目条件下,根本观察不到明显的频偏现象,调整后方得该图,示波器显示频率也不准确,频谱仪显示中噪声较大。
2.在试验内容(4)中,利用式(3.4.5)可求出此时调制指数Mf=(fmax-fmin)/F。
说明:
由于测试误差,可能fmax和fmin测试时差异较大,但这是一种求出调制指数的方法。
Mf=110Hz/6.5MHz=1.7*10^-5。
实验中,由于仪器设备的问题,在题目所给定的参数下,fmax与fmin相差极小,波形基本没有变化,因此调整参数,得出上述波形。
但是调频观察效果依然不佳,因此计算出的调制指数Mf显得尤为小,其中既有测量方法的问题,也有仪器设备本身老化的问题。
关于测量方法,实验中没有好好利用频谱仪,反而采用示波器测量最大频偏,这是最大的错误。
3.利用式(3.4.6)计算CarsonFM波带宽,并与测试结果进行比对说明。
思考为什么在单音调制时,FM波也会占有较宽的带宽。
单音调制时FM波占有较宽带宽是因为,调频的原理为频率随单音信号的幅度变化而变化,如果单音信号的幅度变化大,则带宽相应变大,与AM波相比,FM波的频谱也往往丰富的多。
4.思考,若一调频信号的调制信号为,调频波表达式为,调频波表达式为
(1)此信号载频和调制信号频率各是多少?
(2)若调制信号幅度增大一倍,调制信号频率不变,调制系数和带宽各有何变化?
(1)此信号的载频信号频率,调制信号频率。
(2)由于有所以当调制信号幅度增大一倍时,调制系数也会增大一倍。
因为有,所以有原来的带宽为,当调制信号幅度增大一倍时,带宽变为。
从计算结果中可以发现当调制信号幅度增大一倍,调制信号频率不变时,调制系数增大一倍,在宽带调制中,带宽也会相应的大约增大一倍。
5.说明调制频偏和调频信号所占带宽的关系。
调制信号所占带宽,而,即,所以调频信号所占带宽为两倍的调制偏频加上两倍的调制信号频率,当宽带调频时,即时,。
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