Цели работы
1. Изучение функциональных схем и принципов работы пассивных цифровых синтезаторов частоты.
2. Исследование влияния закона распределения импульсов на периоде выходного колебания декадного синтезатора на уровень побочных спектральных составляющих.
3. Исследование нестабильности частоты двухуровневого декадного синтезатора.
4. Исследование влияния числа уровней квантования фазы и дискретов амплитуды на нестабильность частоты многоуровневого пассивного цифрового синтезатора.
5. Исследование зависимости относительного уровня субгармонических составляющих в выходном сигнале синтезатора от его рабочей частоты.
Часть 1. Исследование цифрового пассивного ССЧ с потоками
двухуровневых импульсов.
Цифровой пассивный ССЧ с потоками двухуровневых импульсов
Функциональная схема цифрового двухуровневого пассивного синтезатора приведена на лицевой панели стенда. Исследуемый синтезатор выполнен по декадному принципу и содержит:
|
|
- опорный кварцевый генератор (ОКГ), выдающий сигнал типа "меандр"частотой fокг= 1 МГц;
- делитель частоты на десять Д1, выходной сигнал которого преlставляет собой поток импульсов длительностью 0.5 мкс;
- два управляемых коммутатора К1 и К2. Управление коммутаторами осуществляется кнопками СТАРШАЯ ДЕКАДА и МЛАДШАЯ ДЕКАДА;
- схему ИЛИ, складывающую два потока импульсов, поступающих с выходов К1 и К2;
- выходной делитель частоты на десять Д2, осуществляющий формирование сигнала типа меандр из выходного потока импульсов.
В установке предусмотрена возможность подключения внешних измерительных приборов к выходу схемы ИЛИ и к выходу ССЧ.
Средняя частота колебаний на выходе синтезатора в килогерцах определяется соотношением: fвых = (10Nсд + Nмд) кГц (здесь, как и в дальнейшем, Nсд и Nмд- число включенных кнопок в старшей и младшей декадах соответственно) и может изменяться в пределах от 1 до 99 кГц с шагом сетки 1 кГц.
Пункт1.2
Частота 30кГц.
Частота 20кГц.
Частота 25кГц.
Частота29кГц.
Вывод:
Пункт1.3
Тmin=30,00165кГц; Тmax=30,00171кГц; Тср=30кГц.
∆Т=Тmax-Tmin=30.00171-30.00165=0.00006кГц.
Dmax≤20lg(∆T/Tср)≤20lg(30/0.00006)=113.9794.
Пункт1.5
а)импульсы в старшей и младшей декадах расположены наихудшим образом
Тmin=33,00188кГц; Тmax=33,00194кГц; Тср=33кГц.
∆Т=Тmax-Tmin=33,00194-33,00188=0.00006кГц.
Dmax≤20lg(∆T/Tср)≤20lg(33/0.00006)=114,8072.
б) импульсы в младшей декаде расположены наихудшим образом, в старшей - наилучшим образом
Тmin=33,00184кГц; Тmax=33,00195кГц; Тср=33кГц.
∆Т=Тmax-Tmin=33,00195-33,00184=0.00011кГц.
Dmax≤20lg(∆T/Tср)≤20lg(33/0.00011)=109,5424.
в)импульсы в младшей декаде расположены наилучшим образом, в старшей - наихудшим образом
|
|
Тmin=33,00186кГц; Тmax=33,00194кГц; Тср=33кГц.
∆Т=Тmax-Tmin=33,00194-33,00186=0.00008кГц.
Dmax≤20lg(∆T/Tср)≤20lg(33/0.00008)=112,3085.
г)импульсы в старшей и младшей декадах расположены наилучшим образом
Тmin=33,00185кГц; Тmax=33,00194кГц; Тср=33кГц.
∆Т=Тmax-Tmin=33,00194-33,00185=0.00009кГц.
Dmax≤20lg(∆T/Tср)≤20lg(33/0.00009)=111,2854.
Пункт1.6
F, кГц | Тmax | Tmin | ∆T | Dmax |
91,7 | 89,7 | 23,4 | ||
48,7 | 46,7 | 23,4 | ||
33,2 | 31,2 | 23,4 | ||
25,3 | 23,3 | 23,4 | ||
19,5 | 19,4 | 0,1 | 49,4 | |
17,4 | 15,5 | 1,9 | 23,8 | |
13,7 | 13,5 | 0,2 | 43,4 | |
11,6 | 11,5 | 0,1 | 49,4 | |
9,7 | 9,6 | 0,2 | 43,4 |
Часть 2. Исследование пассивного цифрового ССЧ с потоками многоуровневых импульсов.
Цифровой пассивный ССЧ с потоками многоуровневых импульсов
Функциональная схема цифрового многоуровневого синтезатора приведена на лицевой панели лабораторного стенда и содержит:
- ОКГ, частота выходных колебаний которого fт = 512 кГц;
- устройство вычисления фазы, определяющее полную текущую фазу выходного колебания: φ(i) = (2πifвых)/ fT, где fвых= Nчрfш- частота выходных колебаний; fш= 1 кГц; i - номер пришедшего тактового импульса, Nчp -
число, хранящееся в частотном регистре и определяющее частоту выходных колебаний. Nчр устанавливается кнопками УСТАНОВКА ЧАСТОТЫ и
отображается на встроенном светодиодном индикаторе. Устройство вычисления фазы построено на основе каскадного соединения 12-разрядных двоичного сумматора и регистра и 8-разрядного коммутатора, позволяющего изменять число уровней квантования фазы Nдф в интервале 2...512;
- устройство вычисления амплитуды, осуществляющее вычисление мгновенного значения sin(φ(i)) и преобразование полученного двоичного числа в напряжение на выходе синтезатора. Оно состоит из каскадно-соединенных микросхем памяти и ЦАП, число разрядов преобразования которого может принимать значения в интервале 1...8, а число дискрет амплитуды при этом изменяется от 2 до 256;
- ФНЧ, осуществляющий фильтрацию колебаний с частотами более 100 кГц. Синтезатор позволяет сформировать дискретную сетку частот в диапазоне от 1 до 99 кГц с шагом сетки 1 кГц.
Помимо исследуемых ССЧ в состав лабораторного стенда включен универсальный мультиметр, предназначенный для измерения периода и частоты формируемых колебаний. Измерение частоты генерируемых колебаний может производиться при различных временах усреднения (накопления) τ = Тн, составляющих 1, 10, 100 мс, 1 и 10 с, а измерения периода - при числе периодов накопления N, равном 1, 10, 100 и 1000.
Измеренные мультиметром данные выводятся на жидкокристаллический дисплей, расположенный на лицевой панели макета. "Перелистывание" страниц дисплея осуществляется кнопками<< и >>. Запуск частотомера осуществляется кнопкой Т.
Наблюдение осциллограмм и спектрограмм осуществляется с помощью внешних двухлучевого осциллографа с возможностью дополнительной внешней синхронизации и анализатора спектра (лабораторная работа может быть выполнена при отсутствии анализатора спектра).
Пункт2.2
Амплитуда=2 фаза=2
Амплитуда=4 фаза=4
Амплитуда=16 фаза=16
Амплитуда=256 фаза=512
Вывод:
Пункт2.3
Nдф | Tmax | Tmin | ∆T | Dmax |
11.6 | 9.6 | 13.98 | ||
11.6 | 9.6 | 13.98 | ||
11.6 | 9.6 | 13.98 | ||
11.6 | 9.6 | 13.98 | ||
11.6 | 9.6 | 13.98 | ||
11.6 | 9.6 | 13.98 | ||
11.6 | 9.6 | 13.98 | ||
11.6 | 9.6 | 13.98 | ||
11.6 | 9.6 | 13.98 |
Пункт2.4
Nда | Tmax | Tmin | ∆T | Dmax |
90,0080 | 90,0028 | 0,0052 | 84,7648 | |
90,0126 | 90,0025 | 0,0101 | 78,9984 | |
90,0531 | 90,0025 | 0,0506 | 65,0018 | |
90,0096 | 90,0025 | 0,0071 | 82,0597 | |
90,0064 | 90,0035 | 0,0029 | 89,8369 | |
90,0071 | 90,0045 | 0,0026 | 90,7854 | |
90,076 | 90,002 | 0,074 | 61,7002 |
Nда=4
Nда=256
Пункт2.5
Nда=Nдф | Tmax | Tmin | ∆T | Dmax |
90.0131 | 90.0028 | 0.0103 | 78.8281 | |
90.0141 | 90.0018 | 0.0123 | 77.2867 | |
90.0101 | 90.0044 | 0.0057 | 83.9674 | |
90.0131 | 90.0021 | 0.011 | 78.257 | |
90.0116 | 90.0051 | 0.0065 | 82.8266 | |
90.0068 | 90.0016 | 0.0052 | 84.7648 | |
90.0093 | 90.0029 | 0.0064 | 82.9613 |
|
|
При Nда=Nдф=4.
При Nда=Nдф=256.
Пункт2.6
f | Tmax | Tmin | ∆T | Dmax |
11.0024 | 10.9993 | 0.0031 | 84.3242 | |
21.0021 | 20.9998 | 0.0023 | 86.9168 | |
31.0043 | 30.9928 | 0.0115 | 72.9374 | |
41.0043 | 41.0000 | 0.0043 | 81.482 | |
51.0078 | 51.0021 | 0.0057 | 79.0339 | |
61.0122 | 60.9994 | 0.0128 | 72.0072 | |
71.0101 | 71.0036 | 0.0065 | 77.8931 | |
81.0103 | 81.0026 | 0.0077 | 76.4215 | |
91.0095 | 91.0000 | 0.0095 | 74.5969 |
Министерство образования и науки РФ
Тамбовский государственный технический университет
Кафедра: "Радиотехника"