Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
1
1. C
el ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie zasad modulacji i demodulacji amplitudy, opartej na nowocze-
snych rozwiązaniach układowych, a takŜe sposobów określania podstawowych parametrów tych ukła-
dów.
2. W
prowadzenie
Modulacją nazywa się zakodowanie informacji, danej jako pewien sygnał elektryczny,
w postaci zmiany parametru innego sygnału elektrycznego. Pierwszy z nich jest nazwany - sygnałem
modulującym, drugi - sygnałem modulowanym.
Sygnał modulowany jest na ogół prostym przebiegiem deterministycznym, najczęściej stoso-
wane są przebiegi sinusoidalne i impulsowe. Takie rozwiązania były stosowane juŜ w pierwszych
układach zarówno bezprzewodowego telegrafu (Marconi 1901), jak i bezprzewodowego telefonu
(Fessenden 1905). Modulacja amplitudy stosowana jest powszechnie w radiofonii juŜ od 1907 roku,
kiedy to odbyła się pierwsza audycja radiowa (USA), aŜ do dnia dzisiejszego. Celem modulacji jest
przetworzenie informacji w taki sposób aby była ona odpowiednia do przesłania jej od źródła sygnału
do odbiornika, na ogół, na duŜe odległości. Dotyczy to np. sygnałów fonii i wizji, których bezpośred-
nie przesłanie w postaci fal elektromagnetycznych byłoby niemoŜliwe ze względu na zajmowane
przez nie pasmo i konieczność ich selektywnego odbioru. Podobna jest sytuacja przy przesyłaniu wielu
informacji na jednej linii kablowej. Natomiast w urządzeniu odbiorczym zachodzi potrzeba przetwo-
rzenia przebiegu o modulowanej amplitudzie z powrotem na sygnał elektryczny (akustyczny). Jedno-
cześnie naleŜy usunąć składową nośną w.cz. ze złoŜonego przebiegu wejściowego. Proces wydzielenia
sygnału modulującego (przenoszącego informację) z sygnału zmodulowanego jest nazywany demodu-
lacją, a układy które do tego słuŜą detektorami. Detektorem nazywamy taki układ elektroniczny, który
przywraca składową proporcjonalną do sygnału modulującego. Oddzielenie sygnału od składowej no-
ś
nej dokonywane jest za pomocą współpracującego z detektorem filtru. Ponadto zjawisko modulacji i
demodulacji wykorzystują radiotelefony CB. Mamy tu do czynienia z sygnałami modulującymi za-
wartymi w przedziale częstotliwości akustycznych 300 - 3000Hz oraz falą nośną o częstotliwości z
zakresu 26,960 - 27,405MHz.
Przy wielokrotnym wykorzystaniu torów telekomunikacyjnych naleŜy po tym samym torze
przesłać wiele informacji zawartych w tym samym poziomie. NaleŜy wobec tego dokonać podziału
uŜytecznego pasma toru i przydzielić kaŜdej informacji odpowiedni zakres częstotliwości, a następnie
przesunąć ją do tego pasma.
W miejscu odbioru naleŜy przeprowadzić proces odwrotny, tzn. informacje z połoŜenia przesu-
niętego naleŜy przywrócić do połoŜenia naturalnego. Procesy te, to znaczy przesunięcie sygnałów przy
nadawaniu i odwrotne przesunięcie w miejscu odbioru, nazywamy modulacją i demodulacją. W tele-
komunikacji stosuje się wiele rodzajów modulacji:
1.
Harmoniczne (sinusoidalne) – są to systemy, w których rozdział kanałów odbywa się na podsta-
wie połoŜenia na skali częstotliwości ( sygnał nośny jest harmoniczny).
Modulacja amplitudy AM
-
dwuwstęgowa z falą nośną DSB
-
dwuwstęgowa bez fali nośnej DSBSC
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
2
-
jednowstęgowa z falą nośną SSB
-
jednowstęgowa bez fali nośnej SSBSC
-
jednowstęgowa ze szczątkową wstęgą boczna VSB
Modulacja częstotliwości FM
Modulacja fazy PM
2.
Impulsowe – (sygnał nośny jest impulsowy)
Modulacja amplitudy impulsów PAM
Modulacja połoŜenia impulsów PPM
Modulacja szerokości impulsów PWM
Modulacja impulsowo – kodowa PCM
2.1. M
odulacja amplitudy
Modulacja amplitudy jest to proces nakładania informacji zawartej w przebiegu modulującym
na przebieg modulowany - nazywany przebiegiem nośnym - w ten sposób, Ŝe wartości chwilowe prze-
biegu modulowanego są w sposób ciągły i bezpośredni uzaleŜnione od wartości chwilowej przebiegu
modulującego (jak na rys. 1).
Rys. 1. a) sygnał nośny; b) sygnał modulujący; c) sygnał zmodulowany amplitudowo
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
3
Modulacja amplitudy wykorzystywana była od początków rozwoju techniki przesyłu informa-
cji na odległość i stosowana jest z powodzeniem do dziś. Między innymi w propagacji programów na
falach między innymi długich, średnich oraz krótkich. Została ona wprowadzona w celu lepszego wy-
korzystania pasm częstotliwości w radiotechnice do przesyłania częstotliwości słyszalnych tzn. aku-
stycznych.
W wyniku tego sygnał modulowany przenosi informację zawartą w sygnale modulującym. Do
tego celu słuŜy modulator, który jest układem elektronicznym, na wejście którego podaje się sygnał
fali nośnej (a) i sygnał modulujący (b), a na wyjściu uzyskuje się sygnał zmodulowany amplitudowo
(c) rys. 1.
JeŜeli przebiegi fali nośnej i sygnału modulującego mają postać:
t
U
t
u
Ω
=
cos
)
(
(1)
gdzie:
u(t) – wartość chwilowa przebiegu modulowanego (nośnego),
U – amplituda przebiegu modulowanego,
Ω
- pulsacja przebiegu modulowanego,
t
E
t
e
ω
cos
)
(
=
(2)
gdzie:
e(t) – wartość chwilowa przebiegu modulującego,
E – amplituda przebiegu modulującego,
ω
- pulsacja przebiegu modulującego,
i w przypadku modulacji amplitudy wielkość U jest zaleŜna liniowo od przebiegu modulującego w
następujący sposób:
)
cos
1
(
cos
0
0
t
m
U
t
k
U
U
a
ω
ω
+
=
+
=
(3)
przy czym musi być spełniony warunek, Ŝe
Ω
>>
ω
max
to przebieg zmodulowany amplitudowo (rys.1.c)
ma postać:
t
t
m
U
u
Ω
+
=
cos
)
cos
1
(
0
ω
(4)
Otwierając nawias w powyŜszym wyraŜeniu i stosując wzór na iloczyn kosinusów otrzymujemy:
t
mU
t
mU
t
U
t
t
m
U
t
U
u
)
cos(
2
1
)
cos(
2
1
cos
cos
cos
cos
0
0
0
0
0
ω
ω
ω
−
Ω
+
+
Ω
+
Ω
=
=
Ω
+
Ω
=
(5)
W wyraŜeniach: (3), (4), (5), wprowadzona została wielkość m zwana współczynnikiem głębokości
modulacji:
0
U
E
k
m
a
=
(6)
gdzie: k
a
– współczynnik proporcjonalności.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
4
Korzystniejszą formą definicji współczynnika głębokości modulacji jest poniŜsze wyraŜenie:
min
max
min
max
0
0
0
0
U
U
U
U
m
+
−
=
(7)
przy czym: wartości U
0
max i U
0
min są zaznaczone na rys. 1.c
Dla poprawnego przebiegu procesu modulacji 0
<
m
≤
1. Gdy m > 1 występuje zjawisko
przemodulowania.
Przy sinusoidalnych sygnałach nośnym i modulującym (lub teŜ cosinusoidalnych) w rozkładzie
widmowym sygnału zmodulowanego moŜna wyróŜnić trzy prąŜki rys. 2, o częstotliwościach: nośnej F
oraz róŜnicowej F – f i sumacyjnej F + f.
F-f
F
F+f
f
Rys. 2. Rozkład widmowy sygnału zmodulowanego amplitudowo przy idealnej modulacji
W przypadku ogólnym, w rozkładzie widmowym sygnału wyjściowego modulatora moŜna
wyróŜnić prąŜek o częstotliwości nośnej, oraz dwie wstęgi boczne: górną i dolną - rys. 2. Metodą od-
powiednich zabiegów w modulatorach moŜna z sygnału wyjściowego eliminować składowe o odpo-
wiednich częstotliwościach. W związku z tym wyróŜnia się szereg rodzajów modulacji amplitudy.
Do najbardziej rozpowszechnionych naleŜą:
-
dwuwstęgowa z falą nośną DSB rys. 3a
-
dwuwstęgowa bez fali nośnej DSBSC rys. 3b
-
jednowstęgowa z falą nośną SSB rys. 3c i rys. 3d
-
jednowstęgowa bez fali nośnej SSBSC rys. 3e i rys. 3f
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Rys. 3. Rozkłady widmowe sygnałów zmodulowanych amplitudowo
DSB
DSB SC
U
F
f
F+f
F-f
U
f
F+f
F-f
SSB
U
f
F+f
SSB
U
F
f
F-f
SSB SC
SSB SC
U
f
F-f
U
f
F+f
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
5
MoŜna przesyłać sygnały zmodulowane amplitudowo jako: dwie wstęgi boczne i falę nośną,
dwie wstęgi boczne, jedną wstęgę boczną i falę nośną, jedną wstęgę boczną. RozwaŜmy te cztery me-
tody przesyłania sygnału oraz porównajmy je stosując jako kryteria: szerokości zajmowanego pasma
oraz moc przesyłaną.
Dwie wstęgi boczne i fala nośna AM (DSB)
Szerokość pasma
∆
f = F + f
max
- (F - f
max
) = 2f
max
(8)
Moc
2
2
0
0
m
P
P
P
ś
r
+
=
ω
(9)
Dwie wstęgi boczne (DSB SC)
Szerokość pasma
∆
f = F + f
max
- (F - f
max
) = 2f
max
(10)
Moc
2
2
0
m
P
P
ś
r
=
ω
(11)
Jedna wstęga boczna i fala nośna (SSB)
Szerokość pasma
∆
f = F + f
max
- F = f
max
(12)
Moc
4
2
m
P
P
P
O
O
ś
r
+
=
ω
(13)
Jedna wstęga boczna (SSB SC)
Szerokość pasma
∆
f = F - f
min
- (F – f
max
) = f
max
– f
min
(14)
Lub
∆
f = F + f
max
- (F + f
min
) = f
max
– f
min
(15)
Moc
4
2
0
m
P
P
ś
r
=
ω
(16)
Przy przesyłaniu jednej wstęgi bocznej pasmo potrzebne do przesłania jest najmniejsze oraz
moc przesyłania równieŜ jest najmniejsza. Takie systemy są najczęściej stosowane.
Informacja niesiona przez sygnał zmodulowany amplitudowo jest zawarta całkowicie we wstę-
gach bocznych. Aby uniknąć przemodulowania, maksymalna wartość współczynnika modulacji jest
często ograniczona do około 0,8. Gdy maksymalna wartość m = 0,8, to jego średnia wartość wynosi
0,4. W tym przypadku moc wstęg bocznych wynosi jedynie 7,4% całkowitej mocy transmitowanej.
Ten system modulacji jest więc mało efektywny.
W przypadku telekomunikacji, w której najwaŜniejszymi zasobami jest moc wysyłana
i szerokość pasma kanału standardowa forma modulacji amplitudy podlega dwóm głównym ograni-
czeniom:
-
ze względu na moc - poniewaŜ fala nośna jest całkowicie niezaleŜna od niosącego informację
sygnału modulującego. Przesyłanie fali nośnej jest zatem stratą mocy.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
6
-
ze względu na szerokość pasma - wstęgi boczne fali AM dolna i górna są ze sobą związane
jeśli chodzi o symetrię względem częstotliwości nośnej. Wynika stąd, Ŝe znając widmo ampli-
tudowe jednej ze wstęg, moŜemy w sposób jednoznaczny wyznaczyć widma drugiej wstęgi.
Oznacza to, Ŝe jeśli chodzi o przesyłanie informacji, konieczna jest tylko jedna wstęga, a kanał
telekomunikacyjny mógłby mieć tylko takie pasmo, jak sygnał modulujący. W świetle tego
modulacja amplitudy nie jest ekonomiczna pod względem pasma,
gdyŜ wymaga podwójnej
szerokości pasma w porównaniu do pasma sygnału informacyjnego.
Aby pokonać podobne ograniczenia, powinniśmy dokonać pewnych zmian powodujących
wzrost złoŜoności systemu na lepsze wykorzystanie zasobów telekomunikacyjnych. Taką zmianą jest
modyfikacja standardowej modulacji amplitudy.
Jednym z przykładów jest modulacja dwuwstęgowa z tłumioną falą nośną DSB SC,
w której fala wysłana składa się tylko z górnej i dolnej wstęgi bocznej. Cała moc sygnału zawiera się
zatem we wstęgach bocznych, dzięki czemu w przypadku całkowitego stłumienia nośnej sprawność
moŜe osiągnąć wartość 100%. Szerokość pasma pozostaje jednak niezmieniona.
Zarówno w systemie AM, jak i DSB SC, w kaŜdej wstędze bocznej jest zawarta ta sama infor-
macja. Oznacza to, Ŝe kaŜda informacja zawarta w dolnej wstędze bocznej jest dokładnie powtórzona
w górnej wstędze bocznej. Wynika z tego, Ŝe całkowita szerokość pasma wymagana w systemie
dwuwstęgowym jest dwukrotnie większa od szerokości pasma faktycznie koniecznego do przesłania
informacji.
System, w którym wykorzystuje się tylko jedna wstęgę boczna, nazywa się systemem jednow-
stęgowym SSB SC.
Począwszy od 1918 r. modulacja jednowstęgowa została prawie powszechnie wprowadzona do
transmisji przewodowej, a od połowy lat trzydziestych zaczęły powstawać telekomunikacyjne łącza
krótkofalowe stosujące modulację SSB i SSB SC. Taki system jest najlepszy z punktu widzenia za-
równo mocy jak i pasma. MoŜna więc w danym przedziale częstotliwości przesłać dwukrotnie więcej
informacji.
Cecha ta, razem z większą odpornością na zakłócenia oraz lepszymi własnościami propagacji
fal radiowych przy zastosowaniu tej modulacji, spowodowała powszechność zastosowania
modulacji
jednowstęgowej w telekomunikacji analogowej.
Tutaj takŜe do modulacji jak i demodulacji moŜna wykorzystać zrównowaŜony modulator -
demodulator. Niezaprzeczalną wadą jest
konieczność stosowania drogich filtrów koniecznych do
dfiltrowania jednej wstegi (pasmowoprzepustowych). MoŜna jednak dokonać kompensacji jednej
wstęgi w układzie kwadraturowym. Sygnał zmodulowany SSB moŜna wtedy opisać wzorami:
( )
( )
t
t
e
t
t
e
u
d
Ω
+
Ω
=
sin
cos
ln
(17)
( )
( )
t
t
e
t
t
e
u
grn
Ω
−
Ω
=
sin
cos
(18)
gdzie
( )
t
e
ozn. Sygnał modulujący opóŜniony w fazie o 90
stopni.
Odmianą modulacji SSB jest modulacja jednowstęgowa z falą nośną. Rozwiązanie to pogarsza
co prawda sprawność energetyczną nadajnika, moŜliwe za to staje się odtworzenie informacji o fazie
sygnału modulującego przy stosunkowo prostym demodulatorze. Stosowana jest np. do transmisji
sygnału telewizyjnego.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
7
2.2. K
ryteria oceny modulatorów
Dla stworzenia sygnału jedno lub dwuwstęgowego stosuję się przetworniki częstotliwości. Są
indywidualne (kanałowe - jedno źródło sygnału modulującego) lub grupowe (więcej sygnałów modu-
lujących).
Do oceny modulatorów wykorzystuje się następujące ich charakterystyki:
1. Widmo sygnału wyjściowego
2. Tłumienność skuteczna
3. Charakterystyki tłumieniowe w funkcji częstotliwości
4. Charakterystyki amplitudowe
5. Tłumienność produktów nielinearnych
6. Impedancja wejściowa i wyjściowa
Widmo sygnału wyjściowego
Na obciąŜeniu modulatora, oprócz dwóch wstęg bocznych i fali nośnej (w zaleŜności od typu
modulatora) pojawia się pewna liczba ubocznych produktów modulacji. Ich moc zaleŜy od układu
modulatora, a takŜe od zakresu jego pracy. Większa część ubocznych produktów modulacji znajduje
się poza pasmem uŜytecznym (tzn. dwu wstęg bocznych) a wobec tego moŜna je usunąć przy pomocy
filtrów. JednakŜe część szkodliwych produktów modulacji ma częstotliwości równe częstotliwościom
zawartym w obu wstęgach bocznych. Produkty te powoduję powstanie zniekształceń nielinearnych
przesuwanego (na skali częstotliwości) sygnału. Wobec tego do określenia wymagań na filtry oraz
wyznaczenia zniekształceń nielinearnych i zakłóceń w kanale konieczna jest znajomość miary i granic
widma szkodliwych produktów modulacji
Tłumienność skuteczna modulatora
W modulatorach pasywnych tylko część doprowadzonego sygnału przekształcana jest
w moc wstęgi bocznej.
Do oceny strat w modulatorze wykorzystuje się zaleŜność:
ω
ω
±
Ω
=
P
P
A
sk
ln
2
1
(19)
gdzie P
ω
- moc jaką moŜe oddać źródło do odbiornika dopasowanego do niego
P
Ω
±
ω
- moc uŜytecznej wstęgi bocznej wydzielona na obciąŜeniu modulatora.
Przy załoŜeniu rzeczywistego obciąŜenia modulatora moc doprowadzona do modulatora sta-
nowi mniej niŜ połowę mocy sygnału wstęgi bocznej, poniewaŜ część mocy podzielona jest między
niepoŜądane produkty modulacji. Oprócz tego moc ta rozdziela się na dwie wstęgi boczne. PoniewaŜ:
2
ω
ω
P
P
〈
±
Ω
to zawsze
2
ln
2
1
〉
A
, co oznacza Ŝe A>0,35Np.
Tłumienność skuteczna modulatora zaleŜna jest od jego struktury, punktu i zakresu pracy, warunków
dopasowania oraz strat w elementach układu.
Charakterystyka tłumieniowa
Charakterystyka tłumieniowa jest to zaleŜność tłumienności skutecznej od częstotliwości.
Kształt tej charakterystyki określają: zaleŜność wartości elementów od częstotliwości oraz dopasowa-
nia modulatora do obciąŜenia.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
8
Charakterystyki amplitudowe
Przy niezniekształconym przesuwaniu widma sygnału powinna być zachowana liniowa zaleŜ-
ność między napięciem (prądem) sygnału wejściowego i sygnału wyjściowego. PoniewaŜ modulatory
najczęściej zbudowane są z elementów nieliniowych moŜna uwaŜać, Ŝe zaleŜność ta będzie spełniona
tylko w pewnych szczególnych przypadkach. Skutkiem braku liniowej zaleŜności U
wyj
Ω
±
ω
= k U
wej
jest zmiana dynamiki a takŜe zniekształcenia nielinearne sygnału.
Do pobieŜnej oceny tych zniekształceń moŜna posługiwać się zaleŜnością tłumienności skutecznej od
poziomu wejściowego sygnału modulującego
.
Typowa charakterystyka ma wygląd jak na rys. 4:
Zaczynając od wartości P
wej
= P
p
tłumienność modulatora szybko wzrasta co świadczy o jego
przesterowaniu i szybkim wzroście zniekształceń nielinearnych. Zwykle jako próg przesterowania
przyjmuje się wartość P
p
, tzn. taka wartość poziomu wyjściowego, przy której tłumienność modula-
tora jest o 0,05Np większa od tłumienności nominalnej. W praktyce w celu zapobieŜenia duŜym znie-
kształceniom nielinearnym poziom sygnału pomiarowego jest duŜo mniejszy od progu przesterowania.
Rys. 4. Charakterystyka zaleŜności tłumienności skutecznej
od poziomu wejściowego sygnału modulującego
Tłumienność produktów nielinearnych (tłumienność harmonicznych)
Na podstawie charakterystyki amplitudowej moŜna stwierdzić wystąpienie przesterowania i po-
jawienia się zniekształceń nielinearnych. Do liczbowej oceny zniekształceń nielinearnych naleŜy po-
sługiwać się współczynnikiem zawartości harmonicznych. JeŜeli na wejście modulatora podany jest
sygnał o częstotliwości f to na jego wyjściu wraz z sygnałem uŜytecznym (np. wstęga boczna F — f )
pojawiają się między innymi sygnały o częstotliwości F — 2 f . Przy demodulacji częstotliwość F — f
zostaje przekształcona na częstotliwość F - (F - f) = f . Jednocześnie demodulowane są produkty o
częstotliwości F-2f i otrzymujemy F - (F-2f) =2f. W ten sposób otrzymujemy drugą harmoniczną
sygnału uŜytecznego. W podobny sposób pojawiają się harmoniczne rzędu trzeciego i wyŜszych.
Współczynnik zawartości harmonicznych w sygnale na wyjściu modulatora określamy
z zaleŜności:
f
F
f
F
U
U
h
±
±
=
2
2
i
f
F
f
F
U
U
h
±
±
=
3
3
(20)
gdzie U jest napięciem odpowiedniej częstotliwości na obciąŜeniu modulatora.
Impedancja wejściowa i wyjściowa modulatora
PoniewaŜ w modulatorze zastosowane są elementy nieliniowe to jego impedancja wejściowa
w ogólnym przypadku zaleŜy od chwilowych wartości napięcia na wejściu. To z kolei wskazuje, Ŝe w
prądzie wejściowym występuje nie tylko składowa o częstotliwości f ale równieŜ dodatkowe składo-
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
9
we. Z tego powodu nie moŜna wyznaczać impedancji wejściowej modulatora jako stosunku napięcia i
prądu wejściowego. Impedancje wejściową modulatora określa się z zaleŜności:
f
f
wej
I
U
z
ˆ
ˆ
ˆ
=
(21)
gdzie
f
Uˆ
i
f
Iˆ
napięcie i prąd sygnału o częstotliwości podstawowej na wejściu
modulatora. Impedancje wyjściową modulatora wyznaczamy z zaleŜności:
f
F
f
F
wyj
I
U
z
+
+
=
ˆ
ˆ
ˆ
lub
f
F
f
F
wyj
I
U
z
−
−
=
ˆ
ˆ
ˆ
(22)
gdzie
f
F
U
−
ˆ
,
f
F
U
+
ˆ
,
f
F
I
−
ˆ
,
f
F
I
+
ˆ
napięcie i prąd na wyjściu modulatora przy szeregowym włącze-
niu z obciąŜeniem
0
ˆz
SEM o częstotliwości F + f lub F - f. Przy tym źródło
sygnału na wejściu musi być odłączone. Oprócz wymienionych charakterystyk duŜe znaczenie mają
takŜe inne jak np.: charakterystyki zaleŜności fali nośnej, stopień tłumienia fali nośnej (w układach
zrównowaŜonych) itp.
2.3. U
kłady mnoŜące – modulatory zrównowaŜone
Wśród nieliniowych układów operacyjnych znaczną rolę odgrywają układy mnoŜące. Zada-
niem układu mnoŜącego jest wytworzenie napięcia wyjściowego
u
out
proporcjonalnego do iloczynu
dwóch wejściowych napięć sterujących
u
in1
i u
in2
.
r
in
in
in
in
out
E
u
u
u
au
u
2
1
2
1
=
=
(23)
przy czym
r
E
a
1
=
-
stała mnoŜenia
;
E
r
-
normujące napięcie odniesienia równe
±
10V.
Układ dokonujący operacji mnoŜenia przy dowolnych znakach napięć
u
in1
i u
in2
nazywamy
czterokwadrantowym. Jeśli dopuszczalne są napięcia o jednej biegunowości jednokwadrantowym. W
przypadku pośrednim, gdy ustalona jest biegunowość jednego napięcia wejściowego, układ jest okre-
ś
lony jako dwukwadrantowy.
Rzeczywisty układ mnoŜący realizuje operację mnoŜenia z pewnym błędem:
(
)
δ
+
=
∆
+
=
1
2
1
2
1
r
in
in
r
in
in
out
E
u
u
E
u
u
u
(24)
gdzie:
∆
- błąd bezwzględny;
δ
- błąd względny
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
10
Często stosuje się mnoŜenie transkonduktancyjne. Mimo, Ŝe mnoŜenie transkonduktancyjne
jest moŜliwe w układzie jednotranzystorowym, takie rozwiązanie jest rzadko stosowane. Na ogół sto-
sowane są w tym celu wzmacniacze róŜnicowe ze źródłem prądowym w obwodzie emiterów uzaleŜ-
nionym od drugiego sygnału. Najprostszą wersję tego układu przedstawia rys. 5.
Rys. 5. Prosty układ transkonduktancyjnego mnoŜnika analogowego
Układ ma dwie wady: dopuszcza małe wartości napięć wejściowych i nie realizuje idealnej
funkcji mnoŜenia.
PoniewaŜ sygnał u
in1
moŜe przyjmować wartości zarówno dodatnie jak i ujemne układ z rys. 5
nazywamy (dwućwiartkowym) dwukwadrantowym.
Rys. 6. Podwójnie zrównowaŜony układ mnoŜenia analogowego
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
11
MoŜna usunąć wady tego układu poprzez małosygnałowe mnoŜenie czterokwadrantowe (uzy-
skuje się je drogą
kompensacji sygnału proporcjonalnego
do
u
in1
przez podwójne zrównowaŜenie
układu róŜnicowego). Realizację takiego układu przedstawia rys. 6. Przedstawione układy dokonują
modulacji amplitudy na małym poziomie mocy. W radiofonicznych stacjach nadawczych są stosowane
układy wielkiej mocy, oparte na wzmacniaczach mocy klasy C.
Przełączanie dwóch par róŜnicowych występuje dla amplitud sygnału powyŜej 200mV, ale na-
wet dla 100mV stanowi dobre przybliŜenie. Układ ten moŜe pracować jako modulator amplitudy, mo-
dulator dwuwstęgowy ze stłumioną falą nośna, modulator jednowstęgowy ze stłumioną falą nośną,
demodulator jednowstęgowy, dwuwstęgowy czyli jako detektor synchroniczny. Przykłady
zastoso-
wań zrównowaŜonego modulatora - demodulatora przedstawiają poniŜsze rysunki:
Rys. 7. ZrównowaŜony modulator DSB/SC AM
Rys. 8. Demodulator DSB/SC AM
Wydawać by się mogło, Ŝe najprostszą metoda wytwarzania sygnału SSB/SC jest odfiltrowanie
jednej wstęgi bocznej za pomocą filtru pasmowo - przepustowego. W wielu przypadkach kiedy wstęgi
boczne zajmują szeroki zakres częstotliwości, rzeczywiście tak się postępuje.
Rys. 9. Modulator SSB/SC AM
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
12
W układzie z rys. 9 usunięcie jednej wstęgi bocznej następuje nie w wyniku filtracji, lecz dzię-
ki efektowi znoszenia, wynikającemu z 90
o
przesunięcia fazy sygnału modulującego i nośnej przyło-
Ŝ
onych do jednego z modulatorów.
Rys. 10. Demodulator SSB/SC AM
Układy mnoŜenia analogowego są realizowane w postaci monolitycznych układów scalonych.
Mogą być one dostosowane do mnoŜenia małych lub duŜych sygnałów.
W układach pierwszej grupy, nowocześniejszych, ze sterowanym podziałem prądu, scalaniem
są objęte wszystkie podzespoły. Parametry takich układów nie podlegają regulacji. Przewidziana jest
zmiana napięcia E
r
, dokonywana przez włączenie rezystora między odpowiednie końcówki. Do naj-
częściej stosowanych układów tej grupy naleŜą: układy produkowane przez firmę Analog Devices,
np.: AD 429, AD 435, AD 530 do AD 533, AD 633JN.
W układach drugiej grupy scaleniu podlegają wejściowe wzmacniacze róŜnicowe (wraz
z zespołem stabilizowanych termicznie źródeł prądowych) oraz przetwornik Gilberta. Układy takie nie
zawierają zatem przetwornika wyjściowego. Popularnymi przedstawicielami tej grupy są np.: MC
1496 Motorola, MC 1596 Motorola, LM 1496/1596 National Semiconductor, Jednym z polskich ukła-
dów jest UL 1042N.
2.4. D
emodulacja amplitudy
Demodulacja jest procesem odwrotnym do modulacji amplitudy, polegający na odtworzeniu
przebiegu modulującego z przebiegu zmodulowanego. Zadaniem demodulacji jest wydzielenie z
sygnału zmodulowanego:
+
=
Ω
=
)
(
1
)
(
cos
)
(
)
(
1
t
e
U
k
U
t
A
t
t
A
t
u
o
a
o
(25)
(26)
sygnału modulującego A(t). JeŜeli chcemy otrzymać sygnał modulujący z sygnału zmodulowanego
(np. dwóch wstęg bocznych i fali nośnej), to moŜna uŜyć elementów nielinearnych, opisanych
charakterystykami: paraboliczną, łamaną, liniowo łamaną.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
13
Podstawowym układem demodulatora jest detektor obwiedni. Nadaje się on tylko w przypadku
standardowej modulacji AM (dwuwstęgowa z falą nośną).
W przypadku modulacji bez fali nośnej lub jednowstęgowej obwiednia przebiegu zmodulowa-
nego nie podąŜa za kształtem sygnału modulującego. W celu uzyskania demodulacji, w tym przypad-
ku, naleŜy odtworzyć falę nośną i doprowadzić ją wraz z sygnałem zmodulowanym na dwa wejścia
detektora synchronicznego (np. układu mnoŜącego).
Dla przypadku modulacji dwuwstęgowej bez fali nośnej DSBSC otrzymuje się:
(
)
(
)
(
)
(
)
[
]
t
t
m
aU
t
mU
t
mU
t
aU
u
wy
ω
ω
ω
ω
ω
+
Ω
+
−
Ω
+
=
=
+
Ω
+
−
Ω
Ω
=
2
cos
2
cos
cos
2
4
1
cos
2
1
cos
2
1
cos
2
0
0
0
0
(27)
Pierwszy składnik w nawiasie prostokątnym jest zdemodulowanym sygnałem poŜądanym, dwa
pozostałe moŜna odfiltrować jeśli
Ω
>>
ω
.
Dla przypadku modulacji jednowstęgowej SSB otrzymuje się:
(
)
(
)
[
]
ω
ω
ω
−
Ω
+
=
=
−
Ω
Ω
=
2
cos
cos
2
1
cos
2
1
cos
2
0
0
0
t
m
aU
t
mU
t
aU
u
wy
(28)
Detektory synchroniczne działają poprawnie równieŜ w przypadku przebiegów AM z falą no-
ś
ną. Potwierdza to poniŜsza zaleŜność:
(
)
(
)
(
)
(
)
Ω
+
+
+
Ω
+
−
Ω
+
=
=
+
Ω
+
−
Ω
+
Ω
Ω
=
t
m
m
t
t
m
aU
t
mU
t
mU
t
U
t
aU
u
wy
2
cos
2
2
2
cos
2
cos
cos
2
4
1
cos
2
1
cos
2
1
cos
cos
2
0
0
0
0
0
ω
ω
ω
ω
ω
(29)
Budowa demodulatora synchronicznego dla modulacji amplitudy jest bardziej skomplikowana,
poniewaŜ w przypadku modulacji bez fali nośnej, zarówno jednowstęgowej jak i dwuwstęgowej,
wymagane jest odtworzenie na wejściu demodulatora sygnału nośnego, który musi być w dodatku
synchroniczny z sygnałem nośnym modulatora.
Najprostszy, a przy tym efektywny jest
detektor obwiedni (detektor wartości średniej, detektor
szczytowy). Kiedy demodulacja realizowana jest w układzie
jak na
rysunku 11, wystarczy
doprowadzić sygnał do układu zakładając, Ŝe charakterystyka diody moŜe być aproksymowana dwoma
odcinkami linii prostej. Jest to moŜliwe, gdy amplituda sygnału jest duŜa wobec napięcia na złączu
spolaryzowanym w kierunku przepustowym tzn. większa niŜ 0,7V. Nachylenie charakterystyki dla
kierunku przewodzenia wynosi R
+ r
d
, gdzie r
d
jest uśrednioną rezystancją diody a r
d
<< R . Prąd w
obwodzie ma kształt połówek sinusoidy o amplitudzie zaleŜnej od sygnału modulującego.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
14
Rys. 11. Układ demodulatora diodowego a) schemat b) reprezentacja graficzna
Składowa średnia ciągu połówek sinusoidy wyraŜa się wzorem:
(
)
d
ś
r
r
R
U
I
I
+
=
=
π
π
max
(30)
gdzie I
max
jest amplitudą prądu, równą modulowanej amplitudzie napięcia U, podzielonej przez
R + r
d
.
Wartość I
ś
r
składa się z dwóch przebiegów:
małej częstotliwości
(
)
d
r
R
t
m
U
i
+
=
π
ω
ω
cos
0
(31)
składowej stałej
(
)
d
r
R
U
I
+
=
π
0
0
(32)
Przebieg (32) odtwarza obwiednię sygnału zmodulowanego, a więc kształt oczekiwanej
informacji. Napięcie wyjściowe o tej częstotliwości:
t
U
R
r
t
m
U
R
i
u
d
ω
π
ω
ω
ω
ω
cos
1
cos
0
=
+
=
=
(33)
Wielkość U
ω
jest amplitudą zdemodulowanego sygnału wyjściowego.
Sprawnością demodulacji amplitudy nazywa się stosunek tej amplitudy do amplitudy sygnału
zmodulowanego:
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
15
π
π
η
ω
1
1
1
0
≈
+
=
=
R
r
mU
U
d
(34)
W przypadku modulacji bez fali nośnej lub modulacji jednowstęgowej bez fali nośnej
obwiednia przebiegu zmodulowanego nie podąŜa za kształtem sygnału e(t) i wyŜej omówiony układ
detektora obwiedni nie nadaje się. W celu uzyskania demodulacji naleŜy odtworzyć falę nośną i
doprowadzić ją wraz z sygnałem zmodulowanym na dwa
wejścia układu mnoŜącego.
Układ taki jest
nazywany detektorem synchronicznym.
PoniewaŜ detektory synchroniczne naleŜą do układów bardziej złoŜonych i kosztownych,
dlatego systemy SSB są stosowane w przypadku niewielkiej liczby odbiorników np. w radiotelefonach
lub w profesjonalnych systemach łączności. Detektory synchroniczne działają poprawnie takŜe w
przypadku przebiegów AM z falą nośną.
3. Z
agadnienia do samodzielnego przygotowania
-
Na czym polega modulacja i demodulacja amplitudy i jaki jest jej cel ?
-
Jakie mamy rodzaje modulacji i demodulacji, oraz jakie układy znajdują zastosowanie ?
-
Współczynnik głębokości modulacji, górna i dolna wstęga boczna, oraz przemodulowanie.
-
Od czego zaleŜy związek między całkowitą mocą czynną przebiegu zmodulowanego i mocą fali
nośnej ?
-
Widmo przebiegu zmodulowanego amplitudowo.
-
Układ mnoŜący w zastosowaniu jako modulator i demodulator amplitudy.
-
Demodulator synchroniczny sygnałów AM.
4. A
paratura pomiarowa
-
oscyloskop dwukanałowy
-
generator funkcyjny, np. G430
-
generator funkcyjny z regulacją składowej stałej DC, np. G432
-
miernik zniekształceń nieliniowych
-
analizator widma
-
zestaw laboratoryjny (kaseta) pkt 4.1.
4.1. Z
estaw laboratoryjny
Płyta czołowa układu do badania modulacji i demodulacji amplitudy (rys. 12) jest wyposaŜona
w pięć niezaleŜnych modułów. Na płycie ponadto znajdują się elementy regulacyjne – potencjometry,
przełączniki, gniazda wtykowe wejściowe i wyjściowe oraz gniazda typu BNC. Badane układy wyma-
gają symetrycznego zasilania na
±
15 V oraz +5 V w przypadku generatorów.
PoniewaŜ kaŜde z wejść lub wyjść oraz potencjometry i przełączniki na płycie czołowej mogą
mieć dla róŜnych modułów odmienne przeznaczenie, w opisie zostaną więc podane ich funkcje.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
16
Zdublowane wejścia i wyjścia na poszczególne moduły znajdujące się w panelach oraz przej-
ś
cia na róŜne rodzaje gniazd wtykowych (m.in. BNC) gwarantują komfort kombinacji połączeń i ob-
serwacji wybranego fragmentu przebiegu sygnału na oscyloskopie.
W skład układu laboratoryjnego wchodzą następujące elementy: zasilacz stabilizowany ±15V;
±5V; generator funkcyjny 10Hz – 100kHz; modulator AM; demodulator AM .
4.1.1. M
odulator i demodulator AM (moduł 10 i 11)
Układem pomiarowym, a zarazem przykładem zastosowania układu mnoŜącego, jest modulator
i demodulator sygnałów AM. Schematy ideowe rozwaŜanych układów przedstawiają rys. 13 oraz rys.
14. Do konstrukcji układów zostały wykorzystane scalone układy mnoŜące AD633JN – jeden jako
modulator, drugi jako demodulator.
Na wejście pierwsze badanego modułu podaje się sygnał częstotliwości nośnej u(t), natomiast
na wejście drugie sygnał modulujący e(t). Zgodnie z zaleŜnością dla układów mnoŜących
na wyjściu modulatora otrzymujemy sygnał:
t
U
V
t
e
WY
Ω
+
=
cos
10
)
(
1
(35)
modulacji AM z falą nośną DSB lub bez fali nośnej DSBSC.
Rezystory R
2
i R
3
polaryzują wejścia układu U1 pracującego jako modulator. Ponadto na rezy-
storze R
3
następuje wytłumienie fali nośnej do zera, co umoŜliwia uzyskanie modulacji bez fali nośnej.
Kiedy na wyjście modulatora (nóŜka 7 układu U1) zostanie podłączony filtr pasmowoprzepustowy
16,3 – 19,6 kHz moŜna otrzymać modulację jednowstęgową SSB lub SSBSC.
Aby zrealizować proces odwrotny – demodulację AM, nóŜkę 7 układu U1 naleŜy podać na
nóŜkę 1 U2 demodulatora. Na drugie wejście demodulatora nóŜka 3 U2 podajemy sygnał fali nośnej.
Wyjście demodulatora jest obciąŜone filtrem dolnoprzepustowym R
1
C
1
. Sygnał z wyjścia filtru jest
dostępny na wyjściu demodulatora.
W celu zabezpieczenia układu AD633JN na wejścia i wyjścia zarówno modulatora jak
i demodulatora zostały włączone układy dopasowujące ze wzmacniaczem
µ
A741.
Jak wynika z zaleŜności (36) współczynnik głębokości modulacji dla modulatora z zastosowa-
nym układem mnoŜącym AD633JN wynosi:
V
E
m
10
=
(36)
Celem porównania detektora synchronicznego z najprostszym układem detekcyjnym w module demo-
dulatora został wbudowany prosty detektor obwiedni, który moŜemy zastosować tylko w przypadku
modulacji dwuwstęgowej z falą nośną.
Schemat detektora obwiedni ukazuje rys. 15.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
17
R
y
s.
1
2
.
P
ły
ta
c
zo
ło
w
a
u
k
ła
d
u
d
o
b
ad
an
ia
m
o
d
u
la
cj
i
i
d
em
o
d
u
la
cj
i
am
p
li
tu
d
y
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
18
Filtr
300Hz-3,4kHz
+15V
-15V
U
2
10k
Ω
2
3
100k
Ω
C
2
470nF
R
2
10k
Ω
1
2
3
4
8
7
6
5
-15V
2
3
-15V
7
+15V
100k
Ω
10k
Ω
100k
Ω
+15V
-15V
7
4
2
3
C
3
100nF
R
3
10k
Ω
+15V
-15V
7
4
+15V
10k
Ω
4
SYGNAŁ
MODULUJ
Ą
CY
6
6
6
U1
AD633JN
NO
Ś
NA
SYGNAŁ
NO
Ś
NY
741
741
741
+15V -15V
+15V -15V
Filtr
16,3-19,6kHz
WYTŁUMIENIE
NO
Ś
NEJ
SYGNAŁ
ZMODULOWANY
Filtr
16,3-19,6kHz
U
1
Rys. 13. Schemat modulatora DSB/DSBSC; SSB/SSBSC
10k
Ω
2
3
100k
Ω
+15V
-15V
7
4
-15V
+15V
U
2
10k
Ω
100k
Ω
+15V
-15V
2
3
-15V
7
+15V
100k
Ω
4
6
R
1
220
Ω
U
1
10k
Ω
SYGNAŁ
ZDEMODULOWANY
1
2
3
4
8
7
6
5
7
4
2
3
6
6
SYGNAŁ
ZMODULOWANY
AD633JN
C
1
2,2
µ
F
NO
Ś
NA
741
741
741
Na płycie
czołowej
tłumienie no
ś
nej
U2
+15V -15V
Filtr
300-3400 Hz
Rys. 14. Schemat demodulatora DSB/DSBSC; SSB/SSBSC
R
10k
Ω
DOG1N4148
C
1
4,7nF
C
2
33nF
R
10k
Ω
SYGNAŁ
ZMODULOWANY
AMPLITUDOWO
SYGNAŁ
ZDEMODULOWANY
Rys. 15. Schemat detektora obwiedni dla f
n
= 16
÷
20kHz i f
mod
= 2 kHz (C
1
)
lub f
mod
= 500 Hz (C
2
)
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
19
4.1.2. G
enerator funkcyjny (moduł 02)
Generator funkcyjny wytwarza kilka przebiegów o róŜnych kształtach. Na ogół są to przebiegi
okresowe drgań trójkątnych, prostokątnych i sinusoidalnych. Generator funkcyjny umoŜliwia przy tym
regulację róŜnych parametrów generowanych sygnałów np.: częstotliwość, współczynnik wypełnienia
i inne.
Generację kilku funkcji jednocześnie moŜna zrealizować róŜnymi sposobami. Najczęściej sto-
sowane są układy, w których przebiegi trójkątne i prostokątne wytwarza się przez szeregowe połącze-
nie integratora i przerzutnika, a następnie podając otrzymany przebieg trójkątny na układ formujący
otrzymuje się przebieg sinusoidalny.
Generator ten wykonany jest w oparciu o układ ICL 8038 firmy HARRIS. Dla umoŜliwienia
obserwacji na oscyloskopie pracy układu, generator został wyposaŜony w wyjście OUT, wyjście –
30dB pozwala na obserwację przebiegów zmniejszonych w stosunku do sygnałów na wyjściu OUT
oraz wyjście TTL, słuŜące do sterowania układami TTL. Generator posiada równieŜ wejście FM. Po-
dając na nie przebieg sinusoidalny z innego generatora funkcyjnego moŜemy obserwować na wyjściu
OUT sygnał zmodulowany częstotliwościowo.
4.1.3. F
iltr aktywny (moduł 20 i 21)
Zadaniem filtrów aktywnych jest przepuszczanie sygnałów znajdujących się w pewnym zakre-
sie częstotliwości, zwanym pasmem przenoszenia filtru, a tłumienie sygnałów poza tym zakresem .
Filtr aktywny, obok elementów biernych RC, zawiera kilka wzmacniaczy operacyjnych, a jego wła-
ś
ciwości są większości zastosowań lepsze niŜ filtrów pasywnych RLC. Zaletą filtrów aktywnych jest
to, Ŝe unika się bardzo kłopotliwych w wykonaniu cewek.
Głównym elementem filtru jest układ TL 084: składający się z czterech wzmacniaczy opera-
cyjnych .
Filtr Butterwortha dolnoprzepustowy 4 rzędu 0-3400Hz (FDP).
Rys. 16. Schemat ideowy filtru 0-3400Hz
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
20
100.00
1000.00
10000.00
f [Hz]
0.01
0.10
1.00
Ku [V/V]
Rys. 17. Charakterystyka filtru LP 300 Hz - 3,4 kHz przy U
wej
= 4,5 V
Filtr Butterwortha pasmowo przepustowy 4 rzędu 300-3400Hz (FPP) został wykonany z
dwóch filtrów FDP-(LP) i FGP połączonych szeregowo, tworząc w ten sposób FPP-(BP).
Rys. 18. Schemat ideowy filtru 300-3400Hz
100.00
1000.00
10000.00
f [Hz]
0.01
0.10
1.00
Ku [V/V]
Rys. 19. Charakterystyka filtru BP 300 Hz - 3,4 kHz przy U
wej
= 4,5 V
Filtr Butterwortha pasmowo przepustowy 4 rzędu 16-19kHz (FPP).
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
21
Rys. 20. Schemat ideowy filtru 16-19kHz
1.00
10.00
100.00
f [kHz]
0.01
0.10
1.00
Ku [V/V]
Rys. 21. Charakterystyka filtru pasmowoprzepustowego 16,3 – 19,6 kHz przy U
wej
= 2 V
5. P
rogram ćwiczenia
-
Zestawić układ jak na rysunku 22, a następnie wg rysunku 23.
Rys. 22. Schemat blokowy układu pomiarowego modulatora
Ch 1
Ch 2
T
MODUŁ 10
MODULATOR DSB/SSB
16 - 20
kHz
LP
BP
MOD
min
max
0.3 - 3.4
kHz
4
8
NO
Ś
NA
GENERATOR
-5V
10
0
DC
AC
10V
0
5V
+5V
100
1
10
kHz
x
Hz
MOD
0.1 WY
TTL
WY
1
10
9
8
7
6
5
4
3
2
MODUŁ 02
GENERATOR
-5V
10
0
DC
AC
10V
0
5V
+5V
100
1
10
kHz
x
Hz
MOD
0.1 WY
TTL
WY
1
10
9
8
7
6
5
4
3
2
MODUŁ 02
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
22
Rys. 23. Schemat blokowy układu pomiarowego demodulatora
-
Ustawić na generatorze funkcyjnym sygnał nośnej (wejście 1 U1) częstotliwość
F = 16 kHz i amplitudę moŜliwie duŜą, lecz nie większą od 10 V.
-
Na generatorze sygnału modulującego (wejście 2 U1) częstotliwość modulującą f = 1 kHz
i amplitudę około 3 V.
-
Zaobserwować przebiegi na wyjściu modulatora (wyjście U1) dla modulacji DSB
i DSBSC. Następnie na wyjście układu modulatora podłączyć filtr 16,3 – 19,6 kHz (czwartego lub
ósmego rzędu) i zaobserwować czy uzyskany przebieg jest modulacją jednowstęgową SSB lub
SSBSC.
-
Regulując potencjometrem na płycie czołowej modulatora sprawdzić jaki wpływ na przebiegi, ma
tłumienie nośnej w trakcie pomiaru.
-
Po włączeniu układu wg schematu przedstawionego na rys. 5, zaobserwować przebiegi na wyjściu
demodulatora dla wszystkich rodzajów modulacji. Jaki wpływ ma zastosowany na wyjściu demo-
dulatora filtr dolnoprzepustowy.
-
Zaobserwować jak przebiega demodulacja standardowej modulacji AM (DSB) w prostym detekto-
rze obwiedni dla częstotliwości nośnej F = 16 – 20 kHz i częstotliwości modulującej f = 2 kHz
(przełącznik w pozycji C1), oraz f = 500 Hz (przełącznik w pozycji C2)
-
Dokonać pomiaru współczynnika głębokości modulacji. W układzie modulatora, wybierając rodzaj
modulacji i zmieniając amplitudę sygnału modulującego w przedziale od 0 – 10 V, wykonać po-
miar zaleŜności m = f(E) przy f = const.
Głębokość modulacji wyznaczyć ze wzoru:
%
100
[%]
B
A
B
A
m
+
−
=
(37)
dokonując pomiaru przebiegu zmodulowanego na oscyloskopie wg rys.1.c, lub metodą trapezową rys.
24.
MODUŁ 11
DEMODULATOR DSB/SSB
0.3 - 3.4
kHz
C1
C2
MOD
LP
BP
NO
Ś
NA
min
max
WZM
16
kHz
Ch 1
Ch 2
T
MODUŁ 10
MODULATOR DSB/SSB
16 - 20
kHz
LP
BP
MOD
min
max
0.3 - 3.4
kHz
4
8
NO
Ś
NA
GENERATOR
-5V
10
0
DC
AC
10V
0
5V
+5V
100
1
10
kHz
x
Hz
MOD
0.1 WY
TTL
WY
1
10
9
8
7
6
5
4
3
2
MODUŁ 02
GENERATOR
-5V
10
0
DC
AC
10V
0
5V
+5V
100
1
10
kHz
x
Hz
MOD
0.1 WY
TTL
WY
1
10
9
8
7
6
5
4
3
2
MODUŁ 02
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
23
Rys. 24. Schemat do pomiaru współczynnika głębokości modulacji metoda trapezową
W metodzie trapezowej napięcie zmodulowane doprowadza się do wejścia kanału Y, a do wej-
ś
cia kanału X sygnał modulujący. Wówczas przy modulacji amplitudy i m < 1 na ekranie oscyloskopu
pojawia się trapez:
kiedy m = 1 trapez przekształca się w trójkąt:
a kiedy m > 1, czyli pojawi się przemodulowanie, to na ekranie oscyloskopu moŜna zobaczyć przebieg
jak poniŜej:
Jeśli górny i dolny bok trapezu jest zakrzywiony, to modulacja uległa zniekształceniu.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
24
Porównać obie metody wyznaczania współczynnika głębokości modulacji.
-
Zdjąć charakterystyki demodulatora:
zaleŜność amplitudy u
wy
od współczynnika głębokości modulacji u
wy
= f(m) przy F = const.
i U = const.
zaleŜność amplitudy u
wy
od częstotliwości nośnej u
wy
= f(F) przy U = const. i m = const.
-
Dokonać pomiaru zniekształceń wprowadzonych w procesie modulacji i demodulacji. Porównać
za pomocą oscyloskopu przebiegi modulujący i zdemodulowany. Następnie zmierzyć miernikiem
zniekształceń nieliniowych poziom zniekształceń na wyjściu demodulatora. Zmierzyć zaleŜność
współczynnika zniekształceń h = f(E) przy f = const. zmieniając amplitudę sygnału modulujące-
go.
-
Analiza widma sygnału zmodulowanego amplitudowo.
Podłączyć na wejście układu modulatora przebieg modulowany (fala nośna) i przebieg modulują-
cy. Przebieg zmodulowany podać na wejście analizatora widma. Zbadać wpływ poziomu przebiegu
modulującego i jego częstotliwości na rozkład i kształt badanego widma. Analizę przeprowadzić dla
wszystkich rodzajów modulacji.
-
Zdjąć charakterystyki filtrów 300 Hz – 3,4 kHz jako dolnoprzepustowego i pasmowoprzepustowe-
go oraz filtru 16,3 – 19,6 kHz pasmowoprzepustowego.
6. O
pracowanie wyników pomiarów
- Schematy, właściwości i parametry badanych układów.
-
W sprawozdaniu zamieścić rysunki obserwowanych przebiegów.
-
Jaki wpływ na przebieg ma tłumienie fali nośnej.
-
Na podstawie dokonanych pomiarów wykreślić zdjęte charakterystyki.
-
Na postawie przeprowadzonych pomiarów określić współczynnik głębokości modulacji.
-
Zanalizować poziom zniekształceń wprowadzonych w procesie modulacji i demodulacji AM.
7. L
iteratura
[1] Baranowski J., Czajkowski G.: Układy elektroniczne analogowe i impulsowe. WNT, Wwa 1998.
[2] Chojnacki W.: Układy scalone w urządzeniach krótkofalarskich. WKiŁ, Warszawa, 1975.
[3] Filipkowski A.: Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe. WNT, Warszawa, 1995.
[4] Golde W.: Układy elektroniczne, t.II. WNT, Warszawa, 1976.
[5] Gregg W.D.: Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej. WNT, Warszawa, 1983.
[6] Haykin S.: Systemy telekomunikacyjne. t.I. WKiŁ, Warszawa, 1998.
[7] Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki. t.II. WKiŁ, Warszawa, 1996.
[8] Izydorczyk J., Płonka G.: Teoria sygnałów, Wstęp. Helion, 1999.
[9] Kulka Z., Nadachowski M.: Analogowe układy scalone. WKiŁ, Warszawa, 1980.
[10] Kulka Z., Nadachowski M.: Zastosowanie liniowych wzmacn. operacyjnych. WKiŁ, Wwa, 1984.
[11] Lathi B.P.: Systemy telekomunikacyjne. WNT, Warszawa, 1972.
[12] Lurch E. N.: Podstawy techniki elektronicznej. PWN, Warszawa, 1974.
[13] Niedźwiecki M., Rasiukiewicz M.: Nieliniowe elektroniczne ukł. analogowe. WNT, Wwa, 1994.
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Politechnika Opolska
25
[14] Pawłowski J.: Podst. układy elektroniczne – Nieliniowe układy analogowe. WKiŁ, Wwa, 1979.
[15] Radioelektronik: 10/97; Układ LM 1496 / LM 1596; s.17.
[16] Radioelektronik: 5/85; Układ UL 1042N; s.19.
[17] Seely S.: Układy elektroniczne. WNT, Warszawa, 1972.
[18] Soclof S.: Zastosowanie analogowych układów scalonych. WKiŁ, Warszawa, 1991.
[19] Szabatin J.: Podstawy teorii sygnałów. WKiŁ, Warszawa, 1990.
[20] Zagajewski T.: Układy elektroniki przemysłowej. WNT, Warszawa, 1973.
[21] „ CB radio – Rodzaje emisji ”
http://www.radio.cb.pl/ie/4.htm
[22] „ Demodulacja obwiedni. Sygnały...”
http://www.elektronika.pl/Rt1/sygnały_6.htm
[23] „ Hewlett Packard ”
http://www.hp.com/
[24] „ Interactive Amplitude Modulation Model ”
http://www.tm.agilent.com/tmo/Notes/interactive/an-150-1/indeks/htm
[25] „ Modulacja AM – Teoria ”
http://www.ece.queensu.ca/hpages/courses/elec322/
[26] „ Modulate, Demodulate, Heterodyne, Mix, Beat, Translate...”
http://www3.ncsu.edu/ECE480/indeks.html
[27] „ Motorola (datasheet)”
http://motserv.indirect.com/
[28] „ Analog Devices: AD633JN”
http://www.analog.com/
[29] „ Harris Semiconductor: ICE 8038 ”
http://intersil.com
[30] „ National Semiconductor: LM 1496/ LM 1596”
http://www.national.com/
[31] „ Philips Semiconductors: MC 1496/ MC 1596”
http://www.design-NET.com