Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум

Министерство образования и науки Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ 
ЦЕПИ И СИГНАЛЫ 
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 

Утверждено Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 

Под редакцией проф. А.Н. Яковлева 

НОВОСИБИРСК 
2014 

ББК 32.841-01я7 
УДК 621.372(076.5) 
          Р154 
 

Авторский коллектив: 

В.Я. Баскей, В.М. Меренков, Д.О. Соколова, А.Н. Яковлев 
 

Рецензенты: 

д-р техн. наук, профессор А.В. Киселев 
канд. техн. наук, доцент А.В. Синельников 
 
Работа подготовлена на кафедре теоретических основ радиотехники 
для студентов II–III курсов радиотехнических специальностей 
 
 
Р 154           Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум : учеб. пособие / В.Я. Баскей, В.М. Меренков, Д.О. Соколова, А.Н. Яковлев / под ред. проф. А.Н. Яковлева. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – 113 с. 

ISBN 978-5-7782-2395-0 

В пособии даны описания лабораторных работ по сигналам, линейным и нелинейным радиотехническим цепям, прохождению детерминированных и случайных процессов через эти цепи, по цифровым фильтрам и цифровой фильтрации сигналов. 
Для студентов радиотехнических специальностей факультета РЭФ 
и других факультетов, где теория радиотехнических цепей и сигналов 
изучается как важнейшая составная часть соответствующих курсов. 
 
 
 
ББК 32.841-01я7 
УДК 621.372(075.8) 
 
 
 
ISBN 978-5-7782-2395-0                                                  © Авторский коллектив, 2014 
© Новосибирский государственный                 
технический университет, 2014                      

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

Предисловие ................................................................................................. 5 

I. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ ..................................................... 7 
   Работа № 1. Измерение параметров детерминированных 
                         сигналов ............................................................................... 7 
   Работа № 2. Анализ и синтез сигналов в базисе функций Уолша ...... 16 
   Работа № 3. Представление периодических сигналов в базисе 
                        гармонических функций .................................................... 22 
   Работа № 4. Исследование случайных процессов ................................ 28 

II. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ В НИХ СИГНАЛОВ..... 37 
   Работа № 5. RC-фильтры нижних и верхних частот ............................ 37 
   Работа № 6. Прохождение видеосигналов через RC-цепи .................. 43 
   Работа № 7. Параллельный колебательный контур ............................. 50 
   Работа № 8. Влияние обратной связи на характеристики  
                        линейной цепи .................................................................... 59 

III. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНЫХ 
      РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ  ..................................................... 67 
   Работа № 9. Нелинейное резонансное усиление. Умножение 
                        частоты ................................................................................ 67 
   Работа № 10. Амплитудная модуляция изменением смещения ......... 75 
   Работа № 11. Детектирование амплитудно-модулированных 
                          колебаний .......................................................................... 82 
   Работа № 12. LC-генератор с трансформаторной обратной 
                          связью ................................................................................ 88 

IV. ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ И СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ 
      ФИЛЬТРОВ .......................................................................................... 95 
   Описание лабораторного устройства .................................................... 95 
   Работа № 13. Синтез цифровых рекурсивных фильтров 
                           и рекурсивная фильтрация ........................................... 101 
   Работа № 14. Синтез цифровых нерекурсивных фильтров 
                           и нерекурсивная фильтрация ....................................... 105 

Приложение 1. Оформление отчета ....................................................... 108 

Приложение 2. Функции Уолша ............................................................. 109 

Приложение 3. Проходная вольт-амперная характеристика 
                           полевого транзистора 2N2809 ...................................... 110 

Приложение 4. Таблица заданий ............................................................ 111 

Библиографический список .................................................................... 112 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Предисловие 

Настоящее учебное пособие содержит описание лабораторных 
работ по основным разделам курса «Радиотехнические цепи и сигналы» (РТЦиС). Оно может быть использовано также для изучения 
таких дисциплин, как «Основы теории связи», «Основы радиотехники», «Основы радиотехники и электроники», «Теоретические основы радиотехники», «Основы теории цепей и сигналов», и других, 
включающих в свою программу теорию детерминированных и случайных процессов, теорию радиоцепей, методы исследования воздействия сигналов на линейные и нелинейные цепи. 
Пособие содержит описание 14 лабораторных работ. Работы поставлены так, что позволяют преподавателю индивидуализировать как 
сами работы, так и задания, выдаваемые каждому студенту или каждой 
бригаде. При разработке заданий авторы исходили из необходимости 
проведения студентами предварительных расчетов, а затем практической проверки результатов на стенде, сопоставительного анализа экспериментальных данных с расчетными. 
В конце каждой работы приведены контрольные вопросы. В приложениях представлен справочный материал. 

Работы выполнены с использованием программных сред «Multisim-10», «LabVIEW» и «MATLAB». 
Папка на диске к каждой лабораторной работе содержит текстовый 
файл («….doc») с краткими теоретическими сведениями, достаточными для предварительного задания и необходимыми для выполнения и 
защиты работы, а также файл с тестовыми вопросами («….act» для 
проверки к самоподготовки к работе. 
Большая часть работ поставлена и описана А.Н. Яковлевым; 
В.М. Меренковым – работы № 7, 8 и 12, а работа № 5 – совместно. 
Д.О. Соколова выполнила виртуальную приборную часть к работам 
№ 4, 13 и 14 (в среде MATLAB), а сами работы описаны совместно с 
А.Н. Яковлевым. В.Я. Баскеем разработаны: файл «Lab_Rab_1» (к работе № 1), первоначальные варианты анализатора и синтезатора сигналов в базисе функций Уолша (к работе № 2), синтезатора в базисе гар

монических функций (к работе № 3), амплитудный модулятор (к работе № 10) и генератор радиоимпульсов (к работе № 11). 
В разработке устройств участвовали дипломники А.Н. Яковлева: 
Д.С. Титов (гр. РТ5-51у) и Е.В. Тимошенко (Андрес) (гр. РТ5-63) – 
окончательных вариантов анализаторов и синтезаторов сигналов; 
О.А. Асеева (гр. РТС9-51), Н.А. Лузина (гр. РТС9-61) и Н.В. Хонихоев 
(гр. РТС9-71) – в разработке и наладке программ по синтезу цифровых 
фильтров и цифровой фильтрации. 
Авторы благодарят рецензентов д-ра техн. наук, профессора, зав. 
каф. РПиРПУ А.В. Киселева, канд. техн. наук, доцента каф. КТРС 
А.В. Синельникова и старшего преподавателя Е.А. Тонконогова (ведущего курс «Цифровая обработка сигналов») за сделанные критические замечания. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ 

 

Работа № 1 

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ 
ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ 

1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 

Ознакомление с составом и работой лабораторного стенда и его частей, установка и измерение параметров детерминированных сигналов. 

1.2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 

1. Ознакомьтесь с основным составом виртуального лабораторного стенда. Изучите назначение, принцип работы и основные характеристики следующих приборов: 
• мультиметра – Multimeter XMM1; 
• функционального генератора – Function Generator XFG1; 
• осциллографа – Oscilloscope XSC1; 
• спектрального анализатора – Spektrum Analyzer XSA1. 
2. Просмотрите контрольные вопросы, приведенные в конце 
работы. При защите лабораторной работы вам необходимо в той или 
иной форме отвечать на большинство из них. 
3. Подготовьте бланк отчета к лабораторной работе (прил. 1).

1.3. ПРАКТИЧЕСКОЕ (ЛАБОРАТОРНОЕ) ЗАДАНИЕ 

Включите компьютер и монитор. Откройте диск «Education “Argon” (D)», папки «РТЦиС», «Лабораторная работа № 1» и файл 
«Lab_Rab_1». На экране монитора появится изображение задания 
(указаний) (рис. 1.1). 

Рис. 1.1. Практическое задание (файл «Lab_Rab_1») 

1. Ознакомьтесь с виртуальными измерительными приборами 
непосредственно на рабочем месте. Для этого щелкните по кнопке 
«Аппаратура». Перед вами откроется экран с кратким описанием измерительной аппаратуры и возможностью более подробно рассмотреть 
любую группу аппаратуры, щелкнув по соответствующей кнопке. При 
этом для каждого прибора показаны его изображение на принципиальной схеме, панель управления и установки параметров. 
Для некоторых приборов имеется кнопка «Дополнительно», 
щелчком по которой можно вызвать более подробное описание порядка включения прибора и установки его параметров. Основное внимание обратите на такие вопросы, как порядок работы соответствующего 
устройства или прибора, назначение и использование органов управления, проведение измерений. 
Прежде чем переходить к измерениям, внимательно ознакомьтесь с 
приборами вашего стенда (рис. 1.2). 
2. Установите и измерьте основные параметры простейших периодических сигналов. Для этого, щелкнув по кнопке «Выход», вернитесь к экрану файла «Lab_Rab_1». Перед началом работы введите номер 
вашего рабочего стенда. После того как вы нажмете кнопку «Ввод», 
станут доступны кнопки «Описание» и «Стенд» (расположенные перед 
кнопкой «Аппаратура») и появятся параметры сигналов, необходимые 
вам для работы. Перепишите эти параметры в таблицы вашего протоко

ла в графу «Заданные параметры». Помните, что кнопкой «Описание» 
вы всегда можете вызвать краткий вариант данного описания на экран и 
просмотреть нужные вам разделы. Щелкнув по кнопке «Стенд», можно 
вызвать в среде «Multisim-10» схему вашего первого эксперимента. 
Проверьте, соответствует ли номер стенда номеру вашей бригады, если 
нет – обратитесь к преподавателю. Проверьте, соответствует ли схема 
стенда рис. 1.2, если нет – измените ее. 

 
Рис. 1.2. Схема измерений параметров сигналов 

Указание. Убрать проводник можно, выделив его, щелкнув мышкой, а затем нажать клавишу «Delete». Соединить проводником две точки можно, 
щелкнув мышкой по одной из них и, не отпуская клавиши, протянуть проводник к другой, а здесь еще раз щелкнуть мышкой. При необходимости можно 
создать точку принудительного соединения, вызвав в меню «Place» пункт 
«Junction». При этом на конце стрелки курсора появляется точка, которую 
можно установить в нужном месте проводника и подсоединять к ней один или 
два других проводника. Двойной щелчок по любому прибору, кроме скрытого 
АМ-генератора, откроет панель управления и ввода параметров. 

А) Гармоническое колебание 
На выходе генератора XFG1 установите значение частоты F  и амплитуды 
m
U  гармонического сигнала (рис. 1.3) в соответствии с указаниями в рабочем файле «Lab_Rab_1» вашего компьютера. 
Зарисуйте осциллограмму. С помощью осциллографа XSC1 и 
мультиметра XMM1 измерьте параметры этого сигнала ( F , T , 
m
U , 

эфф
U
) и занесите их в табл. 1.1. 

Указание. Отсчет амплитуды 
m
U
 (и соответствующего времени) осуществляется c помощью маркера. Он обозначен красной (а второй – голубой) 
вертикальной линией с треугольником на верхней части. В исходном состоянии он находится в левом верхнем (а второй в правом) углу экрана. Маркер 
передвигается либо мышкой, либо «прокруткой» – клавишами  (влево) и  
(вправо), которые расположены под экраном осциллографа. 
При точном измерении амплитуды необходимо воспользоваться следующей методикой. Подведите курсор к маркеру и «кликните» правой клавишей 
мышки. Откроется меню, в котором «кликните» левой клавишей мышки строку «Перейти к следующему 
_
Y
MAX ⇒ ». Маркер автоматически установится 
в нужное положение. В окне под экраном будет значение амплитуды 
m
U  и 
соответствующего времени 1t . Для измерения периода сигнала используется 
второй маркер, выставляемый на следующем максимуме сигнала. В окне под 
экраном отображается время 2t  и 2
1
t
t
T
−
=
. 

T               t

T 
F
= 1/

0

u t( )

Um

( )
sin(2
)
m
u t
U
Ft
=
π
 

Рис. 1.3. Гармоническое колебание 

Т а б л и ц а  1.1 

Параметры

сигнала 

Заданные параметры
Измеренные параметры

установленные
рассчитанные
осциллографом мультиметром

T , мс
–

F , кГц
–

m
U , В

эфф
U
, В 
– 
 
– 
 

Б) Последовательность прямоугольных импульсов 
Последовательность импульсов за один период показана на рис. 1.4 
(отмечена цифрой 1): 
и
( )
, 0
u t
U
t
=
≤ ≤ τ , за период повторения T .