Радиотехнические цепи и сигналы

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Ю. В. Шилов

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ 
И СИГНАЛЫ

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
в качестве лабораторного практикума
для студентов, обучающихся по направлениям подготовки
11.03.01 «Радиотехника»,
11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы»

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2017

УДК 621.372(076.5)
ББК 32.841.2я73-5
          Ш59

Рецензенты:
замзавкафедрой канд. техн. наук, доц. Н. В. Будылдина (кафедра 
общепрофессиональных дисциплин технических специальностей 
Уральского технического института связи и информатики);
канд. техн. наук, науч. сотр. лаборатории микромеханики материалов Института машиноведения Уральского отделения Российской академии наук М. В. Мясникова

Научный редактор — канд. техн. наук, доц. М. П. Трухин

 
Шилов, Ю. В.
Ш59    Радиотехнические цепи и сигналы : лабораторный практикум /Ю. В. Шилов. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 
160 с.

ISBN 978-5-7996-2033-2

В издании приведено описание шести лабораторных работ по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы», для выполнения которых используются программно-аппаратные средства National Instruments — среда 
графического программирования LabVIEW, пакет моделирования электронных схем Multisim и лабораторная станция NI ELVIS.
В практикуме приведены основные теоретические положения по тематике выполняемых работ, описание лабораторного стенда, задания для 
подготовки к работам, порядок выполнения работ и требования к оформлению отчетов, а также список используемых сокращений (см. прил. 10).

Библиогр.: 6 назв. Рис. 37. Прил. 10.

УДК 621.372(076.5)
ББК 32.841.2я73-5

ISBN 978-5-7996-2033-2 
© Уральский федеральный
 
     университет, 2017

Содержание

Порядок выполнения лабораторных работ ........................................ 5

Лабораторная работа № 1
Спектральный анализ периодических сигналов ................................ 8
1.1. Теоретическая часть ................................................................ 8
1.2. Домашнее задание ..................................................................15
1.3. Описание лабораторного стенда ............................................19
1.4. Экспериментальное задание ..................................................21
1.5. Содержание отчета .................................................................23
Контрольные вопросы ..................................................................23

Лабораторная работа № 2
Прохождение сигналов с амплитудной модуляцией 
через частотно-избирательную цепь .................................................25
2.1. Теоретическая часть ...............................................................25
2.2. Домашнее задание ..................................................................32
2.3. Описание исследуемого модуля .............................................34
2.4. Экспериментальное задание ..................................................36
2.5. Обработка результатов ...........................................................42
2.6. Содержание отчета .................................................................43
Контрольные вопросы ..................................................................44

Лабораторная работа № 3
Исследование нелинейного резонансного усилителя ......................45
3.1. Теоретическая часть ...............................................................45
3.2. Домашнее задание ..................................................................56
3.3. Экспериментальное задание ..................................................58
3.4. Обработка результатов ...........................................................63
3.5. Содержание отчета .................................................................64
Контрольные вопросы ..................................................................65

Содержание

Лабораторная работа № 4
Исследование амплитудного модулятора .........................................66
4.1. Теоретическая часть ...............................................................66
4.2. Домашнее задание ..................................................................71
4.3. Экспериментальное задание ..................................................74
4.4. Обработка результатов ...........................................................80
4.5. Содержание отчета .................................................................81
Контрольные вопросы ..................................................................82

Лабораторная работа № 5
Детектирование амплитудно-модулированных сигналов ................83
5.1. Теоретическая часть ...............................................................83
5.2. Домашнее задание ..................................................................91
5.3. Экспериментальное задание ..................................................93
5.4. Обработка результатов ...........................................................99
5.5. Содержание отчета ...............................................................100
Контрольные вопросы ................................................................101

Лабораторная работа № 6
Исследование LC-автогенератора с трансформаторной 
обратной связью ...............................................................................103
6.1. Теоретическая часть .............................................................103
6.2. Домашнее задание ................................................................113
6.3. Экспериментальное задание ................................................113
6.4. Содержание отчета ...............................................................124
Контрольные вопросы ................................................................125

Библиографический список ............................................................127

Приложение 1 ...................................................................................128
Приложение 2 ...................................................................................129
Приложение 3 ...................................................................................131
Приложение 4 ...................................................................................134
Приложение 5 ...................................................................................137
Приложение 6 ...................................................................................138
Приложение 7 ...................................................................................147
Приложение 8 ...................................................................................151
Приложение 9 ...................................................................................155
Приложение 10 .................................................................................158



Порядок выполнения лабораторных работ

О

сновными целями лабораторного практикума являются экспериментальное подтверждение основных 
положений теоретического курса, приобретение навыков в проведении экспериментальных исследований. Для 
выполнения лабораторных работ используются программноаппаратные средства компании National Instruments: среда графического программирования LabVIEW, лабораторная станция 
NI ELVIS, пакет моделирования электронных схем Multisim.
С помощью среды графического программирования 
LabVIEW созданы виртуальные приборы, которые отображаются на экране монитора персонального компьютера (ПК) в виде 
интерактивных панелей управления (ИПУ), их внешний вид 
и выполняемые функции схожи с внешним видом и функциями реальных измерительных приборов. Среда LabVIEW содержит обширный набор инструментальных средств для сбора, анализа, представления и хранения данных и используется 
в лабораторном практикуме как для математического моделирования радиотехнических сигналов, так и для измерения и обработки реальных физических величин.
Лабораторная станция NI ELVIS (National Instruments 
Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) состоит 
из настольной рабочей станции с реальными устройствами: источниками питания, функциональным генератором, макетной 
платой — и комплекта виртуальных измерительных приборов, 
разработанных в LabVIEW. На макетную плату устанавливается собранная заранее реальная исследуемая цепь, а измерение 
всех электрических величин в этой цепи производится с помощью виртуальных приборов. Предварительно измеряемые величины подаются на плату сбора данных, с помощью которой 

Порядок выполнения лабораторных работ

переводятся в цифровую форму, это позволяет обрабатывать их 
цифровыми методами с помощью персонального компьютера 
и отображать их параметры на экране монитора. Для проведения некоторых исследований к макетной плате дополнительно 
подключаются реальные измерительные приборы.
Программный пакет Multisim представляет собой интерактивный эмулятор электронных схем, в состав которого входит 
редактор схем и библиотека элементов и измерительных приборов. Данный пакет позволяет смоделировать работу электрической цепи и выполнить ее анализ на ПК.
Выполнение каждой лабораторной работы состоит из трех 
этапов:
1) домашней подготовки;
2) проведения экспериментальных исследований в лаборатории;
3) обработки результатов, составления и сдачи отчета.
Во время домашней подготовки необходимо:
1) ознакомиться с описанием лабораторной работы и аппаратуры, используемой при выполнении;
2) изучить соответствующие теоретические разделы курса;
3) выполнить требуемые в домашнем задании расчеты, составить по их результатам таблицы и графики (расчеты 
выполняются на отдельных листах бумаги и вкладываются в отчет при его составлении), расчеты выполняются в одном экземпляре на бригаду;
4) ознакомиться с лабораторным заданием, продумать план 
и методику проведения экспериментальных исследо- 
ваний.
Лабораторные работы выполняются бригадами по 2 человека в часы, предусмотренные расписанием.
Выполнению каждой работы предшествует проверка подготовленности студента. Преподавателю предоставляются полностью оформленные результаты расчетов (один расчет на бригаду) и отчет о предыдущей работе, затем проводится проверка 

Порядок выполнения лабораторных работ

теоретической подготовленности каждого студента в форме 
коллоквиума, собеседования либо тестирования.
При удовлетворительной подготовке (правильно выполненные расчеты и достаточная теоретическая подготовка) студенты 
допускаются до выполнения экспериментальной части.
В ходе выполнения экспериментальных исследований студентами составляется черновик (один на бригаду), в который 
заносятся все полученные в эксперименте данные, заполняются необходимые таблицы, зарисовываются временные диаграммы (или делаются скриншоты), выполняются требуемые расчеты. Допускается составление черновика в электронном виде 
на компьютере. Работа считается оконченной после просмотра 
и утверждения преподавателем черновика результатов экспериментальных исследований.
Отчет о лабораторной работе оформляется студентами один 
на бригаду на листах формата А4 в рукописном или печатном 
виде. На титульном листе обязательно указывается название 
и номер работы, фамилия и инициалы преподавателя, фамилии и инициалы студентов, выполнивших работу, номер группы. Отчет должен содержать следующие пункты:
1) цель работы;
2) схему или схемы исследуемых цепей;
3) результаты расчетов;
4) результаты эксперимента в виде числовых данных, таблиц, временных диаграмм;
5) графики и расчеты, построенные и выполненные по результатам эксперимента;
6) выводы, в которых кратко описывается, что сделано в работе, какие получены результаты, зависимости, приводится 
анализ того, чем они объясняются; подтверждает ли эксперимент теорию; чем объясняются возможные расхождения.
Сдача отчета состоит в просмотре отчета преподавателем 
и собеседовании с каждым студентом по тематике лабораторной работы.

Лабораторная работа № 1

Спектральный анализ периодических сигналов

ЦЕЛь РАбОТЫ — исследование возможности формирования 
периодических сигналов с использованием их спектрального 
разложения. Изучение влияния ограничения числа гармонических составляющих на точность представления сигнала. Ознакомление со спектральным методом анализа прохождения 
сигналов через линейную электрическую цепь.

1.1. Теоретическая часть

Периодические сигналы и ряды Фурье

Сигналом называется процесс изменения во времени физического состояния какого-либо объекта, служащий для отображения, регистрации и передачи информации. Математической 
моделью сигнала может быть функция времени, например s(t). 
Типичными для радиотехники сигналами являются напряжение u(t) и ток i(t). Если математическая модель сигнала позволяет предсказать его точное значение в любой момент времени, 
такой сигнал называется детерминированным. В радиотехнике часто рассматриваются сигналы, существующие в пределах 
конечного отрезка времени, например s(t) ≠ 0 при 0 ≤ t ≤ τи, где 
τи — длительность импульса, такие сигналы называются импульсными. Если значения сигнала повторяются через равные 
промежутки T на всей оси времени t, такой сигнал называется 
периодическим (рис. 1.1).

1.1.Теоретическаячасть

t

s(t)

0
τи
T
2T
– T

Рис. 1.1. Периодический импульсный сигнал

Для математической модели периодического сигнала выполняется условие

 
s t
s t
nT
( )
(
)
=
±
,

где n = 1, 2, 3, …; T — период повторения сигнала.
Спектральным разложением называется представление сигнала в виде суммы гармонических колебаний с различными частотами. Как известно из математики, произвольная периодическая функция s(t), удовлетворяющая условию Дирихле, т. е. 
на отрезке времени равном периоду T имеющая конечное число экстремумов и конечное число разрывов первого рода, может быть представлена тригонометрическим рядом Фурье

 
s t
a
a
n
t
b
n
t
n
n
n

( )
cos
sin
=
+
+
(
)

=

Ґ
е
0

1
1
1
2
w
w
, 
(1.1)

где a0, an, bn — коэффициенты тригонометрического ряда Фурье, которые находятся по формулам

 
a
T
s t dt

T

T

0

2

2
2
=

-т
( )

/

/

,

 
a
T
s t
n
t dt
n

T

T

=

-т
2

1

2

2

( )cos

/

/

w  
, 
 (1.2)

 
b
T
s t
n
t dt
n
T

T

=

-т
2

1
2

2

( )sin

/

/

w  
,