Протокол по сигнали и системи: Изследване на сигнали с амплитудна модулация. Теоретична част, симулационни схеми и графики, премодулация и демодулация на балансна АМ

Протокол, в който двата вида ъглова модулация са разгледани едновременно: първо математически, после симулационно и накрая през изводите, които следват от резултатите. Протокол по дисциплината сигнали и системи върху изследването на ъглово-модулирани сигнали. Материалът е оформен по приетия образец, с титулна част и с три ясно разделени раздела. Именно тази подредба го прави удобен за ориентир при оформяне на собствен протокол. Теоретичната част започва с общото определение за ъглова модулация и с израза, който я описва, с обяснение на всяко означение в него. Оттам тя се разклонява в две посоки. Първата разглежда честотната модулация: как се изменя честотата на носещото трептение в зависимост от управляващия сигнал, как се получава фазовият ъгъл на модулираното трептение и как се въвежда индексът на модулация, при което е посочена и зависимостта му от честотата на управляващия сигнал. Накрая е даден изразът на самия сигнал. Втората посока е фазовата модулация, представена по същата схема, с което разликата между двата вида става напълно видима още в теорията. Заданието съдържа две точки. Първата изисква симулиране на честотна модулация при хармоничен модулиращ сигнал за три различни случая, зададени чрез стойността на индекса на модулация, и изследване на процесите както във времевата, така и в честотната област. Третият случай е особено интересен, защото при него спектърът изглежда съвсем различно от очакваното. Втората точка е за фазова модулация, но вече при правоъгълен модулиращ сигнал. Приложени са осем изображения. Сред тях е симулационната схема с блоковете, чрез които се реализира модулацията, включително интегриращ блок, тригонометрична функция, диференциращ блок, филтър и спектрален анализатор. Останалите са екранни снимки с резултатите. Във времевата област графиките показват едновременно модулиращия сигнал, носещото трептение, полученото модулирано трептение, при което ясно се вижда сгъстяването и разреждането на трептенията, и сигнала след обработката. Особено ценни са спектрограмите. На тях се вижда как при различните стойности на индекса на модулация броят и разпределението на страничните съставки се променят напълно, което онагледява едно от основните твърдения в изводите. Отделна графика показва и поведението при правоъгълен модулиращ сигнал. Изводите са формулирани в шест точки и обхващат предимствата на този вид модулация спрямо амплитудната, независимостта на един от параметрите от честотата на управляващия сигнал, устройството на спектъра и произтичащото от него тежко изискване към канала за връзка, поведението при много малки стойности на индекса, зависимостта на амплитудите на съставките и накрая причината този вид модулация да се използва само в определен вълнов обхват. За преподавателя: готов пример за оформяне на протокол по темата. Схемата се използва при обяснение на блоковете, а трите спектрограми се сравняват и обсъждат като отделна задача. За студента: цялата теория, нужна за упражнението, с изпълнено задание и с готови изводи. Подходящ при подготовка за самото упражнение, при оформяне на собствен протокол, при подготовка за защита и за преговор преди изпит.

Тринадесет отделни разработки в един архив – всяка по един въпрос от конспекта, всяка в два формата: готов за печат и редактируем. Комплект, който покрива наведнъж значителна част от подготовката за изпит. Материалът покрива основната част от курса по сигнали и системи и е удобен точно с това: не е един дълъг текст, а комплект самостоятелни единици, всяка от които се отваря и учи поотделно. Първата група обхваща математическия апарат. Тук са ортогоналните сигнали и обобщеният ред на Фурие; апроксимирането на периодичен сигнал чрез тригонометричен ред заедно с равенството на Парсевал; комплексната форма на реда на Фурие и спектърът на непериодичен сигнал. Три разработки, които подготвят всичко следващо. Втората група е върху характеристиките на сигналите. В нея влизат корелационните функции и техните свойства – най-обширната разработка в комплекта; взаимната спектрална плътност заедно с теоремата на Релей; връзката между корелационната функция и енергийния спектър; динамичното представяне на сигналите и конволюцията. Третата и най-голяма група е посветена на модулациите. Амплитудната модулация е разгледана в две отделни разработки – спектри на сигналите и енергийни съотношения с разновидностите. Следват ъгловата модулация със спектрите на сигналите и цял блок върху импулсните модулации: амплитудно-импулсна; фазово-импулсна, честотно-импулсна и широчинно-импулсна в общ файл; и накрая импулсно-кодовата заедно с делта модулацията. Устройството на отделните разработки е еднакво и това улеснява ученето. Всяка започва с точката „Същност на процеса“ или с определение, продължава с номерирани подточки, а изложението е наситено с изведени формули и с обяснения какво означава всяка величина. На места са включени графики и времедиаграми. Обемът на отделните файлове е между една и пет страници според сложността на въпроса, така че по-кратките се преговарят за минути, а по-обширните вършат работа като пълен отговор на изпит. Наличието на двата формата е практическо предимство. Файловете за печат се разпечатват направо, а редактируемите позволяват добавяне на бележки от лекциите, преномериране или обединяване на няколко въпроса в общ конспект. Студентът получава подреден комплект, който покрива тринадесет изпитни въпроса и спестява преписването на чужди записки. Разработките се учат и поединично, според това кой въпрос предстои. Преподавателят получава готов набор от кратки изложения, годни за раздаване към упражненията или за основа на семинарно занятие, а еднаквото им устройство улеснява съпоставянето между отделните теми.

Готов протокол от лабораторно упражнение, оформен точно както се изисква: теория, задание, симулационни модели, снимки на резултатите, изводи и решена задача накрая. Протокол по дисциплината Сигнали и системи върху спектралния анализ на периодични сигнали. Какво съдържа Пет части, подредени в обичайната за протокол последователност. Първата е теоретична. В нея е дадено условието, по което един сигнал се определя като периодичен, уточнено е какво представляват периодичните импулси и при какво съотношение между две величини се говори за тях. След това е изведено най-важното: при какви условия произволен периодичен сигнал може да бъде представен като сума от безкраен брой синусоиди и косинусоиди. Приведени са пълната и кратката тригонометрична форма на реда на Фурие, заедно с формулите за всички коефициенти и за основната честота. Накрая са въведени понятията спектър на амплитудите, спектър на фазите и спектрална диаграма. Втората част е заданието, разделено на две. Първата задача изисква съставяне на симулационни модели за три различни тестови сигнала: трионообразен, правоъгълни импулси и хармонично колебание. Втората изисква експериментално изследване на амплитудно-честотния спектър при промяна на един параметър. Третата част е експерименталната. Тук са включени самите симулационни модели и получените спектрални диаграми, като изследването е направено при две различни стойности на изследвания параметър, което позволява резултатите да се съпоставят пряко и изводът да се види с очи, а не само да се прочете. Четвъртата част са изводите, три на брой, формулирани кратко и ясно. Те обхващат разпределението на мощността по честоти, зависимостта между параметъра и броя на нулираните съставки, както и поведението на двата спектъра при преместване на сигнала по двете оси. Петата част е задача с теоретично определяне на спектъра на единия от сигналите, с конкретни числени стойности и със скициране на спектралните диаграми. Показан е целият ход на пресмятането, включително изразът за сигнала и изчисляването на коефициентите. Какво го прави полезен Пълнотата. Протоколът не е само теория и не е само резултати, а съдържа и двете, плюс самостоятелно решена задача. По него се вижда как се оформя такъв документ от начало до край, включително заглавната част с данните на упражнението. Теоретичната част е написана стегнато: всичко необходимо е изложено, без преписване на цели страници от учебника. Присъстват и петнадесет изображения: схемите на моделите и получените графики. Именно те обикновено отнемат най-много време при изготвянето на протокол. За учащия: готов образец за оформяне на протокол от лабораторно упражнение, с теория, модели, резултати и изводи. Подходящ за подготовка на собствен протокол, за преговор преди защита на упражнението, за подготовка за изпит и за самопроверка. За преподавателя: пример за пълно и коректно оформен протокол, който се използва като ориентир при проверка. Теория, симулация и изводи в един документ. Остава само да се прочете и разбере.

Протокол от лабораторно упражнение, в който теорията е сведена до същественото, а експериментът завършва с нещо приложно: откриване на неизвестно закъснение на сигнал в шум. Протокол по дисциплината Сигнали и системи върху корелационния анализ на сигналите. Структура Четири части, следващи обичайната за протокол последователност: теория, задание, експеримент, изводи. Обемът е премерен и документът се чете наведнъж, без да се губи нищо съществено. Теоретичната част Започва от приложението, а не от определението, и това е добро решение. Обяснено е в какви случаи се използва корелацията между два сигнала и защо тя е незаменима тъкмо тогава, когато сигналите са слаби или потънали в смущения. Чак след това идва определението какво изразяват корелационните функции. Следва разграничението между двата вида функции, всяка разгледана отделно. При първата е обяснено какво точно показва тя, приведени са изразите за периодичен и за непериодичен сигнал, обяснено е значението на параметъра за изместване и са изведени две нейни свойства: четността и къде се намира максималната стойност. При втората отново са дадени двата израза, но акцентът е върху различията спрямо първата: защо тя не е задължително четна, защо максимумът ѝ може да не е там, където се очаква, от какво зависи той и какво се случва при размяна на местата на двата сигнала. Това съпоставяне е най-полезната част от теорията, защото точно тези разлики обикновено се бъркат. Заданието и експерименталната част Задачите са две. Първата изисква съставяне на симулационни модели и експериментално изследване на автокорелационната функция на два различни сигнала: правоъгълен и бял гаусов шум. Изборът е сполучлив, защото двата случая дават напълно различни резултати и разликата между тях се вижда веднага. Втората задача е приложна и най-интересна: съставяне на модел за определяне на неизвестно закъснение на известен по форма сигнал при наличие на шум. Именно това е практическият смисъл на целия корелационен анализ и обикновено заради този пример темата се запомня. Включени са единадесет изображения: схемите на моделите и получените резултати. Те са разположени на мястото на съответната задача, така че всеки резултат се разглежда заедно с модела, от който е получен. Изводите Три на брой, формулирани кратко. Обхващат какво показва корелационната функция, какво ограничение има автокорелационната функция по отношение на енергията на сигнала и нейните свойства, както и какво се получава при два напълно независими сигнала. За учащия: готов образец за оформяне на протокол, с теория, модели, резултати и изводи. Подходящ за подготовка на собствен протокол, за преговор преди защита на упражнението, за подготовка за изпит и за самопроверка. За преподавателя: пример за стегнато написан протокол, по който се вижда какво се изисква в теоретичната част и докъде стига тя. Съпоставката между двете функции се раздава като таблица за попълване.

Протокол, чиято теоретична част стои по-близо до учебник, отколкото до студентска работа – пет последователни зависимости, изведени една от друга, преди изобщо да се стигне до измерването. Материалът е върху определянето на скоростта на звука и е оформен в пет римски раздела. Първите три са теоретични и заемат по-голямата част от него. Теоретичната обосновка започва отдалеч – с определение какво представляват звуковите трептения, с границите на чуваемия обхват и с разграничението между инфразвук и ултразвук. Едва след това се стига до основната зависимост за разпространението на надлъжни вълни. Оттам изложението не спира на една формула, а я преработва последователно. Първо чрез уравнението на Поасон за адиабатни процеси, после с уточнение защо скоростта всъщност не зависи от налягането, макар то да фигурира в израза. Следва отделен случай за инфразвуковите вълни, които не са адиабатни, а после и вариант, изведен чрез уравнението на Клапейрон. Последната зависимост е чрез температурната промяна и завършва с числената стойност на един коефициент за влажен въздух. Такава верига от преобразувания рядко се среща в протокол и е готов отговор при устно изпитване по темата. Разделът за опитната постановка обяснява принципа на действие стъпка по стъпка: как се зарежда кондензаторът, какво се случва при превключване, как се задейства и как се спира броячът. Тук е и най-любопитната подробност: описано е закъснението в отговора на високоговорителя, посочено е с колко то изкривява измереното разстояние и е обяснено как се изключва чрез измерване при две положения. Именно това е причината в таблицата да има два реда измервания вместо един. Указанията за изпълнение са три задачи – за въздух при различни разстояния, за друга среда и за промяна на температурата. Изчислителната част съдържа трите използвани формули и голяма таблица с двадесет измервания, разделена на две половини по осем колони, с попълнени отклонения и квадрати. Посочени са и двете разстояния, а накрая – получената стойност с процентна грешка. Протоколът завършва с кратък извод и с полета за дата и подпис. За преподавателя това е готов образец с необичайно подробна теоретична част, годна и за самостоятелно въвеждане на темата в час, без допълнителна подготовка. За студента ползата е двойна: готов пример за оформяне на собствен протокол и наръчник от формули, всяка изведена от предходната, а не приета наготово. Материалът върши работа и при подготовка за колоквиум по темата.

Заснети изпитни листове, всеки с по две задачи, номерирани в горния десен ъгъл – деветнадесет файла, покриващи девет отделни варианта. Материалът не е учебник и не е сборник с теория: това са реални условия от изпита, каквито се падат на самата дата. Устройството на всеки вариант се повтаря и точно затова е предвидимо. Първата задача винаги е анализ на верига при установен синусоидален режим, втората – преходен процес след затваряне на ключ. Който реши няколко варианта, вече знае какво го чака. Първите задачи са с най-разнообразни схеми. Срещат се вериги с индуктивно свързани бобини и означена взаимна индуктивност, мостови схеми с елементи по диагоналите, вериги с включен ватметър, схеми с по два и три източника на напрежение и с източници на ток. Всички стойности са дадени изрично – съпротивления, реактивни съпротивления, взаимно съпротивление, мигновени стойности на е.д.н. и на токовете с амплитуда, честота и начална фаза. Търсеното е формулирано като номериран списък и обхваща целия обем на упражнението: комплексните токове по всички клонове, преминаването им към мигновени стойности, напрежение между определени точки, комплексна мощност на източниците, показание на ватметъра, а в един от вариантите – активната мощност, предавана по индуктивен път. Вторите задачи проверяват друго умение. Дадена е верига с бобина и кондензатор, ключ и известни стойности, а се търсят токът и напрежението като функции на времето след комутацията. В част от вариантите има допълнително условие – кондензаторът е предварително зареден до определено напрежение, което променя началните условия. Схемите са начертани четливо, с означени посоки на токовете, полярност на източниците, начални изводи на индуктивно свързаните бобини и положение на ключа. Материалът върши работа по два начина: като реален набор за самоподготовка преди изпит и като готов източник на условия за преподавател, който съставя нов вариант.