Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Общая теория связи. Лабораторный практикум

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 778426.01.99
Учебное пособие содержит описание восьми лабораторных работ по курсу «Общая теория связи». Каждое описание включает теоретический материал, предназначенный для самостоятельной подготовки студентов, подготовительное задание, лабораторное задание и контрольные вопросы для самопроверки и защиты работы. Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению 11.03.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи. Оно также может быть использовано студентами близких специальностей.
Васюков, В. Н. Общая теория связи. Лабораторный практикум : учебное пособие / В. Н. Васюков, В. М. Меренков. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2020. - 110 с. - ISBN 978-5-7782-4255-5. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1867910 (дата обращения: 25.07.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
В.Н. ВАСЮКОВ, В.М. МЕРЕНКОВ 
 
 
 
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СВЯЗИ  
 
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 
 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2020 

УДК 621.39(075.8) 
В 201 
 
 
Рецензенты:  
канд. техн. наук, доцент Д.О. Соколова  
канд. техн. наук, доцент А.В. Кривецкий  
 
 
 
Васюков В.Н. 
В 201  
Общая теория связи. Лабораторный практикум: учебное пособие / В.Н. Васюков, В.М. Меренков. – Новосибирск: Изд-во 
НГТУ, 2020. – 110 с. 

ISBN 978-5-7782-4255-5 

Учебное пособие содержит описание восьми лабораторных работ 
по курсу «Общая теория связи». Каждое описание включает теоретический материал, предназначенный для самостоятельной подготовки 
студентов, подготовительное задание, лабораторное задание и контрольные вопросы для самопроверки и защиты работы.  
Учебное пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению 11.03.02 – Инфокоммуникационные технологии и 
системы связи. Оно также может быть использовано студентами 
близких специальностей.  
 
 
 
Работа подготовлена на кафедре  
теоретических основ радиотехники НГТУ 
 
 
 
 
 
 
УДК 621.39(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-4255-5 
© Васюков В.Н., Меренков В.М., 2020  
 
© Новосибирский государственный 
 
технический университет, 2020 

Оглавление 
 
Предисловие .................................................................................................................. 5 
Основные обозначения ................................................................................................. 6 
Принятые сокращения .................................................................................................. 6 
Лабораторная работа 1. ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ КОЛЕБАНИЯ  
И ИХ ПАРАМЕТРЫ ..................................................................................................... 7 
1.1. Краткие сведения о среде моделирования ...................................................... 7 
1.2. Измерительные приборы, реализуемые средствами Multisim  
и используемые в работе .................................................................................. 9 
1.3. Параметры детерминированных колебаний ................................................. 11 
1.4. Предварительное задание ............................................................................... 14 
1.5. Практическое задание ..................................................................................... 14 
Контрольные вопросы ............................................................................................ 19 
Лабораторная работа 2. ТИПОВЫЕ ФИЛЬТРЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ ...... 20 
2.1. Краткие теоретические сведения ................................................................... 20 
2.1.1. Характеристики линейных стационарных цепей .................................. 20 
2.1.2. Типовые фильтры ..................................................................................... 21 
2.1.3. RC-фильтры нижних и верхних частот .................................................. 24 
2.1.4. Параллельный колебательный контур как полосовой  
RLC-фильтр .............................................................................................. 26 
2.2. Описание виртуальных лабораторных стендов ............................................ 29 
2.2.1. Виртуальный лабораторный стенд для исследования  
RC-фильтров............................................................................................. 29 
2.2.2. Виртуальный лабораторный стенд для исследования  
RLC-фильтра ............................................................................................ 30 
2.3. Предварительное задание ............................................................................... 31 
2.4. Практическое задание ..................................................................................... 33 
Контрольные вопросы ............................................................................................ 38 
Лабораторная работа 3. ЦЕПИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ........................................ 39 
3.1. Краткие теоретические сведения ................................................................... 39 
3.2. Описание виртуального лабораторного стенда ............................................ 42 
3.3. Предварительное задание ............................................................................... 44 
3.4. Практическое задание ..................................................................................... 46 
Контрольные вопросы ............................................................................................ 48 
Лабораторная работа 4. АВТОГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ 
КОЛЕБАНИЙ .............................................................................................................. 49 
4.1. Краткие теоретические сведения ................................................................... 49 

4.2. Описание виртуального лабораторного стенда ............................................ 55 
4.3. Предварительное задание ............................................................................... 57 
4.4. Практическое задание ..................................................................................... 59 
Контрольные вопросы ............................................................................................ 61 
Лабораторная работа 5. УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ ............................................... 62 
5.1. Краткие теоретические сведения ................................................................... 62 
5.2. Описание виртуального лабораторного стенда ............................................ 63 
5.3. Предварительное задание ............................................................................... 65 
5.4. Практическое задание ..................................................................................... 69 
Контрольные вопросы ............................................................................................ 71 
Лабораторная работа 6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ..................................... 72 
6.1. Краткие теоретические сведения ................................................................... 72 
6.2. Описание виртуального лабораторного стенда ............................................ 75 
6.3. Предварительное задание ............................................................................... 78 
6.4. Практическое задание ..................................................................................... 82 
Контрольные вопросы ............................................................................................ 83 
Лабораторная работа 7. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ  
И ДЕМОДУЛЯЦИЯ .................................................................................................... 84 
7.1. Краткие теоретические сведения ................................................................... 84 
7.1.1. Амплитудная модуляция ......................................................................... 84 
7.1.2. Детектирование АМ-колебаний .............................................................. 86 
7.2. Описание виртуального лабораторного стенда ............................................ 88 
7.3. Предварительное задание ............................................................................... 90 
7.4. Практическое задание ..................................................................................... 93 
Контрольные вопросы ............................................................................................ 97 
Лабораторная работа 8. УГЛОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИЯ ............. 98 
8.1. Краткие теоретические сведения ................................................................... 98 
8.2. Описание виртуального лабораторного стенда .......................................... 101 
8.3. Предварительное задание ............................................................................. 102 
8.4. Практическое задание ................................................................................... 104 
Контрольные вопросы .......................................................................................... 107 
Библиографический список ...................................................................................... 108 
Приложение ............................................................................................................... 109 
 

 
 
 
 
 
 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Учебное пособие содержит материал для выполнения восьми лабораторных работ по дисциплине «Общая теория связи». Экспериментальные исследования сигналов и цепей выполняются путём моделирования в программной среде NI Multisim™. Описание каждой работы 
содержит краткие теоретические материалы, снабжённые ссылками на 
учебную литературу [1–5]. Выполнение предварительного задания – 
необходимое условие допуска к лабораторной работе. Контрольные 
вопросы предназначены для самопроверки при подготовке к защите.  
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 
 
T  
– период колебания 

f  – циклическая частота 
  
– круговая (угловая) частота 

0
  – начальная фаза 

m
U
 – амплитудное значение напряжения 

M  – коэффициент амплитудной модуляции 
m  – индекс угловой модуляции 
 
 
 
 
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 
 
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика 
ДПФ – дискретное преобразование Фурье 
ИХ 
– импульсная характеристика 
КЧХ – комплексная частотная характеристика 
ЛИС – линейная инвариантная к сдвигу (цепь) 
ПФ 
– полосовой фильтр 
ФВЧ – фильтр верхних частот 
ФНЧ – фильтр нижних частот 
ФЧХ – фазочастотная характеристика 
 

Лабораторная работа 1 

ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ КОЛЕБАНИЯ  
И ИХ ПАРАМЕТРЫ 
 
Цель занятия – ознакомление со средой моделирования NI 
Multisim™, изучение простейших детерминированных колебаний, измерение их параметров. 

1.1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О СРЕДЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ 

Программа NI Multisim™ (далее Multisim) представляет собой 
средство моделирования и проектирования электрических и радиотехнических цепей, основанное на промышленном стандарте SPICE1.  
Как и некоторые другие популярные программы, Multisim обладает 
интуитивно понятным графическим интерфейсом, благодаря чему работать с этой программной средой можно без особой подготовки. Тем 
не менее для успешного выполнения лабораторных работ следует 
предварительно ознакомиться с элементами интерфейса и понять некоторые принципы моделирования (симуляции) сигналов и цепей.  
В данном разделе приводятся лишь самые необходимые для первоначального ознакомления сведения о среде Multisim. Для более полного 
её изучения рекомендуются учебно-справочные издания [6, 7].  
Управление программой моделирования (программной моделью) 
осуществляется при помощи манипулятора «мышь» и клавиатуры. Для 
краткости в дальнейшем слово «щёлкнуть»2 будет означать «кратковременно нажать и отпустить левую клавишу мыши», в то время как 
курсор мыши находится в нужном месте моделируемой схемы или 

                                                      

1 SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) – программа 
моделирования с ориентацией на интегральные схемы. 
2 По-английски click. 

таблицы с параметрами элемента. В частности, щелчок используется 
для выделения объекта. Двойной щелчок левой клавишей по изображению элемента активирует панель его параметров. Нажатие правой 
клавиши открывает контекстное меню, связанное с тем объектом, на 
котором в данный момент располагается курсор мыши.  
В целом интерфейс программы является стандартным для windowsприложений: в верхней строке меню находятся пункты File (Файл3), 
Edit (Редактор), View (Вид), Help (Справка), назначение которых не 
отличается от аналогичных пунктов меню других популярных программ. Основным элементом интерфейса служит окно редактора, или 
рабочее пространство, в котором размещаются изображения элементов 
схем, проводников, контрольно-измерительных приборов и т. п. Особенности среды Multisim проявляются в наличии множества инструментальных панелей, которые могут отображаться в виде вертикальных или горизонтальных линеек, составленных из пиктограмм («иконок»), каждая из которых указывает на соответствующее действие. 
При наведении курсора мыши на пиктограмму отображается подсказка.  
Пункт меню Place (Вставить) предназначен для размещения на поле 
рабочего пространства элементов схем. Для начала достаточно отметить три подпункта: Element (Компонент), Junction (Точка соединения) и Wire (Проводник), позволяющих поместить на поле элемент, 
соединительную точку и проводник. Для перемещения элемента следует нажать левую клавишу мыши, когда курсор находится на изображении элемента, и переместить мышь в нужное место, не отпуская 
клавиши. Чтобы соединить элементы проводником, нужно выбрать 
Place/Wire (Вставить/Проводник), нажать левую клавишу мыши, поместив курсор на вывод одного элемента, переместить курсор, не отпуская клавиши, к выводу другого элемента и щёлкнуть мышью. Если 
нужно соединить проводник с другим проводником, надо сначала на 
этом проводнике создать точку подключения при помощи пунктов меню Place/Junction (Вставить/точку соединения).  

Запуск процесса моделирования производится кнопкой 
, остановка – кнопкой 
. Кнопкой 
 (пауза) при выполнении лабораторных работ пользоваться не рекомендуется. 

                                                      

3 В скобках приводятся наименования пунктов меню в русифицированной 
версии программы Multisim. 

1.2. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ,  
РЕАЛИЗУЕМЫЕ СРЕДСТВАМИ MULTISIM  
И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ 

Осциллограф (Oscilloscope XSC) представляет собой универсальный прибор, предназначенный для визуального наблюдения временны́ х диаграмм сигналов (колебаний) и измерения их параметров. В системе Multisim реализованы двухканальный и четырёхканальный осциллографы, позволяющие наблюдать одновременно два или четыре 
колебания, которые поступают на их входы. Двойным щелчком по 
изображению осциллографа на схеме открывается панель (рис. 1.1). 
Кнопка Reverse (Экран) позволяет менять цвет фона экрана (чёрный/ 
белый). Цвета линий, отображающих графики сигналов, подаваемых 
на входы, совпадают с цветами соответствующих проводников (чёрному проводнику соответствует белая линия на чёрном экране и чёрная – на белом).  
 

 
Рис. 1.1. Панель двухканального осциллографа 

Для измерения временны́ х параметров сигналов (периода, длительности и т. п.) можно воспользоваться временны́ ми метками (визи́рами) Т1 и Т2, которые отображаются на экране вертикальными линиями разного цвета, отмеченными вверху треугольниками. Переме
щать метки можно с помощью мыши либо кнопками 
 и 
 на субпанели слева под экраном. В окне справа от субпанели 
при этом отображаются значения временных сечений и соответствующих напряжений, а также их разности. Масштабы отображения по 
осям времени и напряжения устанавливаются в окнах Scale (Шкала) на 
субпанелях Timebase (Развертка) и Channel A (Канал А) – Channel B 
(Канал В). 
Для управления временными метками можно воспользоваться также контекстным меню, для чего следует нажать правую клавишу мыши, поместив предварительно её курсор на линию визира. Пункт контекстного меню Set X_Value (Установить значение Х) предназначен для 
прямого задания положения временной метки по оси абсцисс, пункты 
Set Y_Value=> и Set Y_Value<= (Установить значение Y) позволяют 
переместить метку вправо или влево в точку, где напряжение равняется заданному значению. Выбор пунктов Go to next Y_MAX => и Go to 
next Y_MAX <= (Перейти к следующему) перемещает временную метку в точку максимума, ближайшую справа или слева. Аналогично 
можно переместить метку в точку минимума. Этот способ управления 
визирами очень удобен, в частности при измерении периода гармонического колебания как временного интервала между соседними максимумами (минимумами) или моментами пересечения оси абсцисс 
снизу вверх (сверху вниз). С помощью пункта Select Trace ID контекстного меню каждый визир можно связать с одним из каналов  
(А или В). По умолчанию оба визира связаны с кривой канала А.  
Кроме того, осциллограф позволяет измерить значение постоянной 
составляющей сигнала 
0
U . Для этого необходимо переключить режим 
входа, например, канала A c DC (вход с учётом постоянной составляющей) на AC (только переменные составляющие). Разница между положениями наблюдаемой кривой по вертикали будет равна 
0
U . 
Анализатор спектра (Spectrum Analyzer XSA) – прибор, предназначенный для наблюдения и измерения амплитудного спектра колебаний (рис. 1.2). Анализ спектра выполняется на основе дискретного 
преобразования Фурье (ДПФ) наблюдаемого колебания. Разрешающая 

способность анализатора спектра задаётся в окне Resolution Freq (Разрешение); она зависит от размерности ДПФ – количества отсчётов колебания, подвергаемых преобразованию за один цикл ДПФ. Размерность ДПФ можно задать, нажав кнопку Set (Уст.). Частотный диапазон 
спектрального анализа задаётся в окнах Span (Полоса), Start (Начало), 
Center (Центр) и End (Граница) (достаточно задать три или даже две 
величины из четырёх и нажать кнопку Enter (Ввод). Для измерения 
амплитуд спектральных составляющих предназначен визир, вполне 
аналогичный визирам осциллографа. Следует иметь в виду, что для 
определения спектральных оценок требуется значительное время 
накопления данных, поэтому изображение спектра на экране анализатора существенно меняется, начиная с момента его запуска кнопкой 
Start (Старт) до достижения предельного разрешения. Точность измерений, выполняемых с помощью анализатора спектра, может быть невысокой из-за особенностей дискретного преобразования Фурье (так 
называемого «растекания спектра», приводящего к появлению ложных 
спектральных составляющих и к соответствующему изменению амплитуд реальных гармоник в спектре сигнала). 
 

 
Рис. 1.2. Панель анализатора спектра 

1.3. ПАРАМЕТРЫ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ 

Детерминированными называются колебания, значения которых 
точно известны (или могут быть вычислены) в любой момент. Они могут быть периодическими или непериодическими. Колебание 
( )
x t   

является периодическим, если 
( )
(
)
x t
x t
T


. Наименьшее положительное число 
,
T  при котором это условие выполняется, называется 
периодом колебания ( )
x t .  
Одно из наиболее часто используемых детерминированных колебаний – гармоническое колебание – описывается выражением  





0
0
0
0
( )
cos 2
cos
m
m
s t
U
f t
U
t


 


 
, 

где параметрами служат амплитуда 
m
U
, циклическая частота 
0f  или 
круговая частота 
0
 , а также начальная фаза 
0
 . Гармоническое колебание обладает периодичностью с периодом 
0
1/
T
f

. При сравнении 
двух гармонических колебаний одинаковой частоты интерес представляет разность фаз, или фазовый сдвиг  , связанный с временным 
сдвигом t
  выражением 
0
2
 [рад]
f
t
  

, или 
360
 [град]
t T
 

. 
В некоторых случаях колебания характеризуют не амплитудным 
m
U
, а среднеквадратическим (действующим) 
д
U  значением 

напряжения. Отношение а
д
/
m
k
U
U

 называется коэффициентом амплитуды.  
В технике связи и радиотехнике часто применяются колебания, 
имеющие вид импульсов. Импульсом является колебание, отличное от 
нуля на конечном временном интервале, длина которого называется 
длительностью импульса. К импульсам также относятся колебания, не 
равные нулю на всей временной оси, если они достаточно быстро убывают при 
;
t    такие импульсы характеризуются эффективной 
длительностью, равной длине временно́го интервала, на котором сосредоточена бо́льшая часть энергии импульса. Примером может служить экспоненциальный импульс  

exp(
),
0;
( )
0,
0,
A
t
t
e t
t




 


 

характеризуемый двумя положительными параметрами: амплитудой 
(высотой) А и коэффициентом затухания  .  
Нередко рассматриваются детерминированные колебания, представляющие собой периодические последовательности импульсов  
одинаковой формы (например, прямоугольных). Параметрами периодической последовательности импульсов являются амплитуда (высота)