Детектирование амплитудно-модулированных сигналов

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра радиотехники

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу: «Радиотехнические цепи и сигналы»

Вариант 8 «Детектирование амплитудно-модулированных сигналов»

Выполнил: слушатель ­­31 учебной группы

радиотехнического факультета з/о

Оларь Андрей Геннадьевич

шифр 00/72

347800 Ростовская область г. Каменск

ул. Героев-Пионеров д. 71 кв. 72

Проверил:

“_____” _______________ 200__ г.

ВОРОНЕЖ 2002 г.

СОДЕРЖАНИЕ:

стр.

1.Введение - 3

2.Задание на курсовую работу - 4

3.Расчёт цепи нагрузки коллекторного детектора - 5

4.Спектральные диаграммы сигналов коллекторного детектора - 6

5.Расчёт цепи нагрузки диодного детектора - 7

6.Спектральные диаграммы сигналов диодного детектора - 8

7.Заключение - 10

8.Список использованной литературы - 11

1.ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе развития общества наблюдается рост преступлений связанных с хищением имущества различной формы собственности. В связи с этим в системе МВД важная роль отведена вневедомственной охране. В наш век, научно-технических революций, вневедомственная охрана заинтересована в том, чтобы задачи, по обеспечению надёжной охраны объектов, стоящие перед ней, выполнялись с использованием новейших технологий, а подразделения вневедомственной охраны формировались из квалифицированных и высоко подготовленных специалистов.

Основными задачами специалистов вневедомственной охраны являются:

· смена устаревшей техники;

· повышение помехоустойчивости извещателей и систем передачи извещений.

Выполнение данных задач возможно только при наличии высшего радио инженерного образования. Одним из базовых курсов при получении такого образования является курс «Радиотехнические цепи и сигналы».

Данный курс даёт основу для дальнейшего изучения радиотехники, т.к. именно на простейшем уровне описываются сложные процессы в радиоэлектронных устройствах.

В настоящее время, можно сказать, радиотехника является одним из выдающихся достижений человечества. Без неё немыслима не современная наука, ни техника, ни промышленность. Без развития радиотехники невозможно развитие современной вычислительной техники, которая используется во всех сферах человеческой деятельности.

2.ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

На рисунке 1 и 2 приведены схемы коллекторного и диодного детекторов амплитудно-модулированных сигналов. Резисторы R₁ и R₂ в схеме коллекторного детектора образуют делитель напряжения Е_п, который задаёт постоянную составляющую напряжения базы транзистора, а разделительный конденсатор С₁ имеет большую ёмкость и предназначен для разделения источника питания транзистора Е_п и источника входного сигнала по постоянному току. В коллекторном и диодном детекторах в качестве нагрузки используется параллельная RC-цепь, состоящая из конденсатора ёмкостью С_н и резистора с сопротивлением R_н.

Входной сигнал имеет вид:

Где - амплитуда и частота несущего колебания, m – глубина модуляции, W - частота модулирующего сигнала.

Задание:

1.Найти значения сопротивления R_н и ёмкости С_н в цепи нагрузки коллекторного детектора, при которых коэффициент детектирования равен единице, если крутизна транзистора S=10 mA/В, частоты несущего и модулирующего колебаний равны w₀=10⁶ рад/сек, W=10⁴ рад/сек соответственно.

2.Изобразить спектральные диаграммы входного и выходного сигналов коллекторного детектора с указанием амплитуд и частот всех спектральных составляющих. Амплитуду несущего колебания и глубину модуляции считать равными U_m=0,1 В, m=0,5.

3.Найти значения сопротивления R_н и ёмкости С_н в цепи нагрузки диодного детектора, при которых коэффициент детектирования равен 0,9, если крутизна транзистора S=10 mA/В, частоты несущего и модулирующего колебаний равны w₀=10⁶ рад/сек, W=10⁴ рад/сек соответственно.

4.Изобразить спектральные диаграммы входного и выходного сигналов диодного детектора с указанием амплитуд и частот всех спектральных составляющих. Амплитуду несущего колебания и глубину модуляции считать равными U_m=0,1 В, m=1.

3.РАСЧЁТ ЦЕПИ НАГРУЗКИ КОЛЛЕКТОРНОГО ДЕТЕКТОРА

Найти значения сопротивления R_н и ёмкости С_н в цепи нагрузки коллекторного детектора, при которых коэффициент детектирования равен единице, если крутизна транзистора S=10 mA/В, частоты несущего и модулирующего колебаний равны w₀=10⁶ рад/сек, W=10⁴ рад/сек соответственно.

На рис.3 приведена схема коллекторного детектора амплитудно-модулированных сигналов. В данной схеме резистор R_н образует делитель напряжения Е_пит и задаёт постоянную составляющую напряжения базы транзистора, а разделительный конденсатор С_н имеет большую ёмкость и предназначен для разделения источника питания транзистора Е_пит и источника входного сигнала по постоянному току. Параллельная RC-цепь используется в качестве нагрузки, она состоит из конденсатора емкостью С_н и резистора R_н.

Входной сигнал будет иметь вид:

(1)

где U_m, w₀ – амплитуда и частота несущего колебания, m – глубина модуляции, W - частота модулирующего сигнала.

Коэффициент детектирования коллекторного детектора определим из выражения:

К_д=0,318*S*R_н, (2)

где S – крутизна транзистора.

Величину сопротивления в цепи определим из выражения (2):

R_н=1/(0,318*S*К_д)

Подставляя данные, получим:

R_н=1/(0,318*0,01*1)=314 (Ом)

Сопротивление R_н и ёмкость С_н в цепи нагрузки коллекторного детектора должны удовлетворять условию:

1/w₀<<R_н*С_н<<W₀, (3)

где w₀ – частота несущего колебания, W₀ - частота модулирующего колебания.

Используя соотношение (3) выберем ёмкость С_н в цепи нагрузки:

1/1000000<<314*С_н<

314*С_н=0,000001,

С_н=3,18*10^-9Ф=3,18 (нФ).

4.СПЕКТРАЛЬНЫЕ ДИАГРАММЫ СИГНАЛОВ КОЛЛЕКТОРНОГО ДЕТЕКТОРА

Изобразить спектральные диаграммы входного и выходного сигналов коллекторного детектора с указанием амплитуд и частот всех спектральных составляющих. Амплитуду несущего колебания и глубину модуляции считать равными U_m=0,1 В, m=0,5.

Так как входной сигнал модулирован по амплитуде одно-тональным сигналом, то данный сигнал будет содержать только три гармонических составляющих на частотах w₀-W, w₀, w₀+W с амплитудами соответственно mU_m/2, U_m, mU_m/2, где w₀, W - частоты несущего и модулирующего колебаний, m – глубина модуляции (рис. 4).

Из определения коэффициента детектирования:

К_д=U_mвых/(m*U_m)

определим амплитуду сигнала на выходе детектора:

U_mвых= К_д*m*U_m=1*0,5*0,1=0,05 (В)

Амплитуда гармонических составляющих:

m=0,1;

mU_m/2=0,5*0,1/2=0,025 (В)

Исходя из выше найденных данных, построим спектральную диаграмму сигналов коллекторного детектора:

Um, B

w, 10⁵ рад/сек

0 w₀ – Ww₀ w₀+W

рис.4 «Исходная диаграмма»

При построении спектральных диаграмм по оси Y откладывается амплитуда, а по оси Х частоты гармонических составляющих сигнала.

При условии (3), в спектре выходного сигнала детектора, будет только одна гармоническая составляющая с частотой W (рис. 5)

U_m, В

w рад/сек

0 W=10⁴

рис.5 «Выходная характеристика»

5.РАСЧЁТ ЦЕПИ НАГРУЗКИ ДИОДНОГО ДЕТЕКТОРА

Найти значения сопротивления R_н и ёмкости С_н в цепи нагрузки диодного детектора, при которых коэффициент детектирования равен 0,9, если крутизна транзистора S=10 mA/В, частоты несущего и модулирующего колебаний равны w₀=10⁶ рад/сек, W=10⁴ рад/сек соответственно.

На рис. 6 приведена схема диодного детектора амплитудно-модулированных сигналов. В данной схеме в качестве нагрузки используется параллельная RC-цепь. Она состоит из резистора с сопротивлением R_н и конденсатора ёмкостью С_н.

Коэффициент детектирования диодного детектора определяется из выражения:

К_д=cos[(3p/(S*R_н))^1/3], (5)

где S – крутизна диода.

Выразим сопротивление резистора R_н из выражения (5):

arсcos К_д=(3p/(S*R_н))^1/3; Þ R_н^1/3=(3p/S) ^1/3/arсcosК_д; Þ

R_н=((3p/S) ^1/3/arсcosК_д)³. (6)

Подставим данные в выражение (6):

R_н=((3p/S) ^1/3/arсcosК_д)³=((3p/0,01)^1/3arсcos0,9)³=10272 (Ом).

Сопротивление R_н и ёмкость С_н в цепи нагрузки диодного детектора должны удовлетворять условию:

1/w₀<<R_н*С_н<<W₀, (7)

где w₀ – частота несущего колебания, W₀ - частота модулирующего колебания.

Используя соотношение (7) выберем ёмкость С_н в цепи нагрузки диодного детектора:

1/1000000<<10272*С_н<

10272*С_н=0,000001,

С_н=9,73*10^-11Ф=97,3 (нФ).

6.СПЕКТРАЛЬНЫЕ ДИАГРАММЫ ДИОДНОГО ДЕТЕКТОРА

Изобразить спектральные диаграммы входного и выходного сигналов диодного детектора с указанием амплитуд и частот всех спектральных составляющих. Амплитуду несущего колебания и глубину модуляции считать равными U_m=0,1 В, m=1.

Так как входной сигнал модулирован по амплитуде одно-тональным сигналом, то он будет содержать только три гармонических составляющих на частотах w₀-W, w₀, w₀+W с амплитудами соответственно mU_m/2, U_m, mU_m/2, где w₀, W - частоты несущего и модулирующего колебаний, m – глубина модуляции (рис.7).

Из определения коэффициента детектирования:

К_д=U_mвых/(m*U_m)

определим амплитуду сигнала на выходе детектора:

U_mвых= К_д*m*U_m=1*0,9*10=9 (В)

Амплитуда гармонических составляющих:

m=1;

mU_m/2=1*10/2=5 (В)

Исходя из выше найденных данных, построим спектральную диаграмму сигналов диодного детектора:

Um, B

w, 10⁵ рад/сек

0 w₀ – Ww₀ w₀+W

рис.7 «Входная диаграмма»

При построении спектральных диаграмм по оси Y откладывается амплитуда, а по оси Х частоты гармонических составляющих сигнала.

При условии (7), в спектре выходного сигнала детектора, будет только одна гармоническая составляющая с частотой W (рис. 8)

U_m, В

wрад/сек

0 W=10⁴

рис.8 «Выходная характеристика»

7.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для коллекторного детектора понадобится меньшее напряжение сигнала, а также такой детектор обеспечит лучший коэффициент детектирования.

Диодный детектор наиболее прост в конструировании и, соответственно дешевле.

8.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Радиотехнические цепи и сигналы (под ред. К.А. Самойло – М.: Радио и связь, 1982)

2.С.И. Баскаков «Радиотехнические цепи и сигналы», 2-е издание – М.: Высшая школа, 1988

3.У.М. Сиберт «Цепи, сигналы, системы» в 2-х частях.: Пер. с английского. – М.: Мир, 1988