Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
1
1. C
el ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie zasad modulacji i demodulacji częstotliwości, opartej na nowocze-
snych rozwiązaniach układowych, a takŜe sposobów określania podstawowych parametrów tych ukła-
dów.
2. W
prowadzenie
Modulacją nazywamy zakodowane informacji, będącej pewnym przebiegiem elektrycznym, w po-
staci zmiany parametru innego, nośnego przebiegu elektrycznego. Przebieg uŜyteczny informacji bę-
dziemy nazywać sygnałem modulującym, przebieg zaś, którego parametr podlega zmianie - sygnałem
zmodulowanym. Otrzymany w ten sposób sygnał zmodulowany jest przesyłany z jednego miejsca w dru-
gie, bądź teŜ poddawany dalszemu przetwarzaniu.
Najczęstszą przyczyną stosowania modulacji jest fakt, Ŝe sygnał będący uŜyteczną informacją, w
swojej naturalnej postaci nie nadaje się do przesyłania na duŜe odległości. Przykładem mogą być sygnały
dźwięku i wizji, które ze względu na obejmowany przez nie zakres małych częstotliwości nie mogą być
przesyłane na odległość w postaci fal elektromagnetycznych. Właściwie dobrany system modulacji moŜe
znacznie zmniejszyć wpływ zakłóceń i umoŜliwić odbiór niezniekształconej informacji na poziomie mo-
cy znacznie niŜszym od zakłóceń i szumów. Na wybór systemu modulacji wpływają liczne czynniki, ta-
kie jak rozchodzenie się fal elektromagnetycznych, pasmo częstotliwości zajmowane przez przesyłaną
informację, poziom mocy uŜytej i mocy zakłóceń, koszt urządzenia nadawczego i odbiorczego, wymaga-
ny poziom niezawodności.
Natomiast w urządzeniu odbiorczym zachodzi potrzeba przetworzenia przebiegu o modulowanej
częstotliwości z powrotem na sygnał elektryczny (akustyczny). Jednocześnie naleŜy usunąć składową
nośną w.cz. ze złoŜonego przebiegu wejściowego. Proces wydzielenia sygnału modulującego (przenoszą-
cego informację) z sygnału zmodulowanego jest nazywany demodulacją, a układy, które do tego słuŜą
detektorami.
2.1. M
odulacja częstotliwości
Modulacja kątowa, obejmująca zarówno modulację częstotliwości FM (Freguency Modulation),
jak teŜ modulację fazy PM (Phase Modulation), znalazła szerokie zastosowanie przy przekazywaniu sy-
gnałów wymagających wysokiej jakości przekazywania informacji oraz tam gdzie powinna być zapew-
niona duŜa odporność sygnału na zakłócenia.
Przy modulacji częstotliwości sygnał modulujący zmienia (moduluje) chwilową częstotliwość fali
nośnej. Modulacja ta jest realizowana w taki sposób, Ŝe zmiana częstotliwości fali nośnej jest liniową
funkcją napięcia modulującego.
Jeśli sygnałem modulowanym jest przebieg sinusoidalny, nazywany falą nośną, moŜna zapisać go
w następującej postaci:
( )
)
cos(
ϕ
+
Ω
=
t
U
t
u
(1)
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
2
Z zaleŜności tej wynika, Ŝe w przebiegu harmonicznym moŜna modulować trzy parametry: ampli-
tudę, pulsację (częstotliwość) i fazę. W przypadku modulacji częstotliwości, wielkość F jest zaleŜna li-
niowo od napięcia modulującego.
Przebieg zmodulowany częstotliwościowo jest przebiegiem o jednej częstotliwości przedstawiono
na rysunku 1. Częstotliwości chwilowe przebiegu nośnego u
M
i modulującego u
S
zmieniają się wg zaleŜ-
ności.
(
)
ϕ
+
Ω
=
t
U
u
m
M
cos
(2)
( )
t
U
u
S
S
ω
cos
=
(3)
gdzie: U
m,
U
S
są amplitudami przebiegów nośnego i modulującego, Ω
0
, ω
0
są pulsacjami tych przebie-
gów, a
ϕ
0
jest fazą początkową przebiegu modulowanego (nośnego).
Jeśli przyjmiemy, Ŝe
ϕ
0
=0, wówczas przebieg zmodulowany częstotliwościowo moŜna zapisać w
postaci
(
)
t
t
t
U
u
S
ω
sin
/
sin
0
0
∆Ω
+
Ω
=
(4)
gdzie :
0
0
2 f
π
=
Ω
i
f
∆
=
∆Ω
π
2
(5)
Rys. 1. Przebieg modulujący U
S
oraz przebieg zmodulowany częstotliwościowo U
O
Współczynnik
∆Ω
/
ω
jest nazywany wskaźnikiem dewiacji i oznaczany jako m
f
, zaś
∆Ω
jest de-
wiacją pulsacji i wartość tego parametru jest proporcjonalna do
∆Ω
=k
f
U
S
.
Z modulacją częstotliwości jest powiązana modulacja fazy, w obu bowiem przypadkach zachodzi
modulacja kątowa.
( )
( )
t
t
t
0
ϕ
ϕ
+
Ω
=
(6)
( )
( )
ω
ϕ
t
d
t
dt
=
(7)
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
3
( )
∫
+
=
0
ϕ
ω
ϕ
tdt
t
(8)
Przebieg zmodulowany fazowo ma podobną postać:
(
)
t
t
U
u
m
ω
ϕ
sin
sin
0
∆
+
Ω
=
(9)
gdzie :
∆∆∆∆ϕϕϕϕ
- dewiacja fazy
m
U
k
ϕ
ϕ
=
∆
(10)
m
ϕϕϕϕ
=
∆ϕ
- wskaźnik dewiacji
Zatem dewiacja pulsacji wiąŜe się z dewiacją fazy przez zaleŜność:
ϕ
ω
ω
∆
=
∆Ω
(11)
Na podstawie powyŜszych zaleŜności moŜna zauwaŜyć, Ŝe istnieje moŜliwość przekształcenia
dowolnego modulatora fazy w modulator częstotliwości i odwrotnie. Realizuje się to przez dodanie od-
powiedniego układu liniowego, przekształcającego przebieg modulujący - rysunek 2.
a) b)
Rys. 2. Przekształcenie modulatora częstotliwości w modulator fazy (a)
oraz przekształcenie modulatora fazy w modulator częstotliwości (b)
Przebieg składowych moŜna rozłoŜyć na nieskończenie wiele składowych o częstotliwościach
F
0
±
i f (0
<
i
<∝
) (rys. 3). Wynika stąd, Ŝe przebieg taki obejmuje pasmo o nieskończenie duŜej szerokości.
JednakŜe przy częstotliwościach F
0
+
∆
F i F
0
-
∆
F amplituda prąŜków jest juŜ niewielka i wówczas mimo
nieskończonej liczby prąŜków wolno pominąć prąŜki boczne poza częstotliwościami z zakresu 2
(
∆
F+f
max
), przy czym f
max
jest maksymalną częstotliwością modulacji.
Rys. 3.
Widmo przebiegu zmodulowanego częstotliwościowo
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
4
Zatem szerokość B pasma przebiegu zmodulowanego wynosi:
(
)
max
2
f
F
B
+
∆
=
(12)
Dla
∆∆∆∆
F
>>>>>>>>
f
max
moŜna zapisać , iŜ
B=2
∆∆∆∆
F.
Właściwości przebiegów z modulacją częstotliwości i fazy moŜna więc omówić łącznie, rozpatru-
jąc zaleŜność między nimi, pamiętając, Ŝe w pierwszym przypadku wskaźnik dewiacji δ jest odwrotnie
proporcjonalny do f, w drugim zaś od f nie zaleŜy. Przebieg taki przedstawiono na rys.1. Jego amplituda
jest stała, dzięki czemu równieŜ moc jest stała i nie zaleŜy od modulacji. Jest to podstawowa zaleta modu-
lacji kątowej, która pod względem energetycznym góruje nad modulacją amplitudy.
2.2. D
emodulacja częstotliwości
Detekcją, względnie demodulacją, nazywamy odtworzenie przebiegu modulującego z sygnału
zmodulowanego. Warunkiem skutecznej detekcj jest uzyskanie przebiegu o kształcia moŜliwie zblizonym
do kształtu sygnału modulującego w urządzeniu nadawczym (tzn. zapewnienie małych zniekształceń)
oraz moŜliwie duŜej amplitudzie. Wspólną cechą wszystkich układów detekcyjnych jest to, Ŝe działanie
ich polega na zastosowaniu elementu o charakterystyce nieliniowej.
Niektóre metody demodulacji częstotliwości zostaną przedstawione w nastepnych rozdziałach.
2.3. M
etody wytwarzania sygnałów FM
Omówione zostanie kilka najczęściej stosowanych metod wytwarzania sygnałów zmodulowanych
częstotliwościowo. Celem tych rozwaŜań będzie wyjaśnienie zasad działania rozmaitych klas modulato-
rów częstotliwości oraz określenie podstawowych ograniczeń związanych z poszczególnymi modulacja-
mi.
2.3.1. M
odulacja bezpośrednia
O modulacji bezpośredniej mówimy wówczas, gdy częstotliwość drgań generatora jest zmieniana
przez zastosowanie sterowanej sygnałem modulującym pojemności lub indukcyjności (w generatorach
LC ), albo teŜ pojemności lub rezystancji (w generatorach RC). Działające w ten sposób układy posiadają
elementy, których parametry są funkcją czasu, a ich teoria nawet w przypadku zastosowania przybliŜenia
liniowego, staje się dość złoŜona.
Zasadę działania modulatora bezpośredniego omówimy na przykładzie generatora LC, w którym
L i C są sterowane sygnałem modulującym f(t).
Rys. 4. Rezonansowy obwód parametryczny
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
5
Metoda bezpośrednia jest realizowana przez dołączenie do obwodu rezonansowego generatora LC
układu, którego parametry (L lub C) zmieniają się w takt zmian przebiegu modulującego.
Pewną odmiana układu modulacji częstotliwości są przetworniki napięcie/częstotliwość oraz ge-
neratory sterowane napięciem. Często modulację uzyskuje się przez wykorzystanie diod pojemnościo-
wych lub układów reaktancyjnych. PoniewaŜ przy uŜyciu takich układów modulacja zachodzi w iden-
tyczny sposób, przedstawiony zostanie modulator bezpośredni z diodami pojemnościowymi (rys. 5), wy-
korzystujący generator LC w układzie Colpittsa. Zmiany pojemności diody są funkcją zmian napięcia
modulującego, następuje zatem dewiacja częstotliwości generowanego przebiegu zaleŜnie od amplitudy
U
s
. Diody są wstępnie spolaryzowane napięciem ujemnym w celu doboru korzystnego punktu pracy.
Rys. 5. Schemat układu z diodą pojemnościową wykorzystującego generator LC w układzie Colpittsa
Spośród dwóch rodzajów modulacji kątowej w praktyce jest uŜywana wyłącznie modulacja czę-
stotliwości . Zapewnia ona dewiację ∆F niezaleŜną od f, a więc równieŜ pasmo B mało zaleŜy od f. Mi-
nimalny wskaźnik dewiacji δ, występuje dla maksymalnej częstotliwości modulującej f
max
i zgodnie z
podanymi wartościami δ
min
= 5 . Dla małych częstotliwości modulujących wskaźnik dewiacji jest większy
i np. dla 50Hz wynosi 1500. Biorąc pod uwagę, Ŝe wskaźnik dewiacji jest odpowiednikiem współczynni-
ka głębokości modulacji
m w modulacji amplitudy, otrzymuje się moŜliwość przekazania za pośrednic-
twem FM znacznie większej dynamiki sygnału modulującego.
2.3.2. M
odulacja pośrednia
Sygnał FM moŜna uzyskać takŜe, wykorzystując w procesie jego wytwarzania, jako operację po-
średnią , modulację amplitudy. Stąd bierze się nazwa metody: modulacja pośrednia. Koncepcja takiego
modulatora wynika z właściwości wąskopasmowego sygnału FM.
W modulatorze tym, jako źródło przebiegu nośnego o pulsacji ω
0
moŜna zastosować generator
kwarcowy. Jednym ograniczeniem, z którym mamy tu do czynienia, jest dopuszczalna wartość dewiacji
∆ω
0
.
Przyjmijmy, Ŝe widmo sygnału modulującego jest ograniczone do przedziału (ω
m
, ω
M
)
i rozwaŜmy sytuację, gdy f(t)= cosωt, przy czym ω zawiera się w tym przedziale.
Wówczas:
∫
∆
=
∆
t
t
d
f
0
sin
)
(
ω
ω
ω
ϑ
ϑ
ω
(13)
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
6
a maksymalna wartość tego wyraŜenia jest równa ∆ω/ω. Jeśli załoŜymy, Ŝe zastąpimy to nierównością
≤0,2, co pozwala z błędem mniejszym od 2% stosować przybliŜenie to otrzymamy warunek :
2
,
0
≤
∆
=
Β
ω
ω
(14)
Rys. 6. Przykładowe rozwiązanie modulatora pośredniego
MoŜna zauwaŜyć, Ŝe dla ω naleŜącego do przedziału (ω
m
, ω
M
) o spełnieniu nierówności (10) de-
cyduje najmniejsza pulsacja w widmie sygnału modulującego, tj. warunek:
2
,
0
≤
∆
m
ω
ω
(15)
z czego wynika, Ŝe przy stosowaniu modulacji pośredniej wartość ω
m
nie powinna być mniejsza niŜ to
jest konieczne. PoniewaŜ w praktyce główna część energii sygnału rzadko jest skupiona w pobliŜu ω
m
,
nierówność (15) moŜna zwykle zastąpić nierównością nieco słabszą
5
,
0
≤
∆
m
ω
ω
(16)
Mimo to sygnał uzyskiwany w modulatorze np. Armstronga ma tak małą dewiację, Ŝe konieczne
jest stosowanie dodatkowych operacji nieliniowych dla zwiększenia jej wartości.
2.4. M
etody demodulacji sygnałów FM
Proces demodulacji sygnałów modulowanych częstotliwościowo polega na zmianie modulacji
częstotliwości na modulacje amplitudy, a następnie na detekcji przebiegu z modulacją amplitudy. W sto-
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
7
sowanych demodulatorach (dyskryminatorach) wykorzystuje się zwykle róŜnicę charakterystyki dwóch
obwodów rezonansowych do kompensacji zniekształceń nieliniowych.
2.4.1. D
yskryminator amplitudy
W dyskryminatorze amplitudy (rys. 7) wykorzystuje się róŜnicę amplitud napięć dwóch obwodów
rezonansowych wzajemnie dostrojonych o wartości
∆
F=F
2
-F
1
. Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne
do róŜnicy amplitud napięć obu obwodów rezonansowych, zatem
(
)
1
2
0
U
U
K
u
−
=
(17)
przy czym K charakteryzuje układ detektora diodowego. MoŜna dowieść, iŜ charakterystyka dyskrymina-
tora jest zbliŜona do liniowej, gdy:
Q
F
F
F
22
,
1
0
1
2
=
−
(18)
a)
b)
Rys. 7. Dyskryminator amplitudy (a) i jego charakterystyka U
0
=f(F) (b)
gdzie: Q jest dobrocią obwodów rezonansowych.
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
8
2.4.2. D
etektor stosunkowy
Dyskryminator amplitudy wymaga zastosowania na jego wejściu ogranicznika amplitudy w celu
eliminacji niepoŜądanej modulacji amplitudy. Wady tej nie posiada tzw. detektor stosunkowy (rys. 8).
Kondensator C
x
ma duŜą pojemność (stała czasowa: Cx 2R
0
≅
0,2s) w rezultacie czego napięcie U
x
jest
praktycznie stałe, niezaleŜnie od zmian amplitudy sygnału wejściowego. Stabilizacja napięcia U
x
jest
uzyskiwana przez zmiany kątów przepływu konduktancji wejściowych diod D
1
,D
2
towarzyszące zmianą
amplitudy przebiegu wejściowego u
I
. Przy zmianach częstotliwości zmienia się stosunek napięć U
01
/U
02
,
nie zmienia się jednak ich suma. Chwilowe zmiany przebiegu wejściowego praktycznie nie zmieniają
napięcia U
x
= U
01
+U
02
, powolne zmiany nie są jednak wyrównywane. Napięcie na zaciskach wyjścio-
wych wynosi:
2
2
01
02
01
0
U
U
U
U
u
x
−
=
−
=
U
U
U
x
=
+
02
01
(19)
zatem
( )
F
f
U
U
U
U
U
u
x
=
+
−
=
02
01
02
01
0
1
1
2
(20)
Rys. 8. Detektor stosunkowy
Rys. 9. Charakterystyka detektora
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
9
Napięcie U
x
polaryzuje diody w kierunku zaporowym. Przy zbyt małym sygnale wejściowym
przestaną przewodzić (dopóki C
x
nie rozładuje się), co prowadzi do zniekształceń demodulacji.
2.4.3. D
etektor iloczynowy
Do demodulacji częstotliwości moŜna równieŜ wykorzystać układ mnoŜący dwa sygnały analo-
gowe, z których jeden jest przesunięty w fazie względem drugiego o kąt zaleŜny od tychŜe sygnałów.
Demodulatory te nazywane są kwadraturowymi lub iloczynowymi (rys. 10).
Układ C
1
LC jest przesuwnikiem fazowym. Na podstawie przebiegów czasowych (rys. 10b) moŜ-
na zauwaŜyć, Ŝe prąd i
2
płynie tylko wtedy, gdy napięcia u
1
i u
2
mają wartość dodatnią. Szerokość impul-
sów prądu zaleŜy od przesunięcia fazy napięć u
1
i u
2
, a tym samym od częstotliwości sygnału u
1
, który
jest sygnałem modulowany częstotliwościowo. W układzie dekodera koincydencyjnego, podwójnie zróŜ-
nicowanego (rys. 11) tranzystor T
2
przewodzi wtedy, gdy chwilowa wartość napięcia na jego bazie jest
dodatnia i jednocześnie dodatnia jest chwilowa wartość napięcia na bazie T
3.
Tranzystor T4 przewodzi
wówczas, gdy jednocześnie są dodatnie chwilowe wartości napięć na bazach T4 i T6. Napięcie na bazach
T2 i T4 oraz na bazach T3 i T4 są przesunięte względem siebie o 180
0
, zatem prądy tranzystorów T2 i T4
są teŜ przesunięte o 180
0
. Prądy te są sumowane na rezystorze R
L
więc impulsy prądu występują dwa razy
częściej, niŜ w układzie z rys. 10, dzięki czemu wartość napięcia u
0
jest takŜe dwa razy większa.
Zaletą demodulatora iloczynowego jest łatwość strojenia, poniewaŜ naleŜy nastroić obwód prze-
suwnika fazowego na częstotliwość fali nośnej .
Rys. 10. Detektor koincydencyjny (a) oraz przebiegi fazowe (b)
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
10
Rys. 11. Detektor koincydencyjny w układzie podwójnie zrównowaŜony
Powszechnie jest stosowany układ dyskryminatora fazy, którego zasada polega na zrealizowaniu
dwóch napięć, wzajemnie przesuniętych w fazie o wartość zaleŜną od częstotliwości sygnału. Odpowied-
nio odejmując, sumując lub mnoŜąc takie sygnały, otrzymuje się efekt dyskryminacji (demodulacji).
2.4.3. U
kład PLL jako demodulator
Układy z pętlą sprzęŜenia fazowego, znalazły szerokie zastosowanie w układach modulatorów jak
i demodulatorów częstotliwości. Są to układy ze sprzęŜeniem zwrotnym składającym się z detektora fazy,
filtru dolnoprzepustowego FD
P
, wzmacniacza i generatora przestrajanego napięciem. Detektor fazy (czyli
komparator faz ) porównuje kąty fazowe sygnału wejściowego i sygnału z generatora dając napięcie wyj-
ściowe zaleŜne od róŜnicy tych kątów fazowych. Jeśli róŜnica kątów fazowych sygnału wejściowego i
sygnału z generatora przestrajalnego napięciem wynosi Φ radianów, to napięcie wyjściowe detektora fazy
moŜna wyrazić wzorem:
)
2
(
)
2
(
4
)
1
2
(
2
0
Π
−
=
Π
−
Π
=
−
Π
=
φ
φ
φ
φ
K
R
I
R
I
U
L
Q
L
Q
(21)
gdzie : K
Φ
współczynnik przetwarzania kąta fazowego na napięcie w detektorze fazy.
Napięcie wyjściowe z detektora fazy jest filtrowane w filtrze dolnoprzepustowym w celu usunię-
cia składowych wielkoczęstotliwościowych, takich jak częstotliwość sygnału wejściowego i generatora
oraz ich harmoniczne. Sygnał z filtru dolnoprzepustowego jest wzmacniany i podawany do generatora
przestrajanego napięciem jako sygnał sterujący :
)
2
(
Π
−
=
φ
φ
A
K
U
S
(22)
gdzie : A jest wzmocnieniem napięciowym wzmacniacza.
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
11
To napięcie przestrajające powoduje zmianę częstotliwości generatora od częstotliwości znamio-
nowej f
0
do pewnej częstotliwości:
S
V
U
K
f
f
+
=
0
(23)
gdzie : K
V
jest współczynnikiem przetwarzania napięcia na częstotliwość w generatorze przestrajanym
napięciem.
Rys. 12. Układ z pętlą sprzęŜenia fazowego (PLL) jako demodulator FM
Zakres trzymania
Gdy układ PLL znajduje się w stanie synchronizmu z częstotliwością sygnału wejściowego f
I
, to mamy:
S
V
I
U
K
f
f
f
+
=
=
0
(24)
poniewaŜ :
(
)
(
)
2
/
/
0
π
φ
ϕ
−
=
−
=
A
K
K
f
f
U
V
I
S
(25)
otrzymujemy zaleŜność :
(
)
A
K
K
f
f
V
I
ϕ
π
φ
/
2
/
0
−
=
−
(26)
Tak więc, gdy układ jest w synchronizmu, to istnieje pewna ustalona róŜnica Φ kątów fazowych
napięciowego sygnału wejściowego i napięciowego przebiegu wyjściowego z generatora, równa
A
K
K
f
f
V
I
φ
π
φ
0
2
−
+
=
(27)
i obie częstotliwości są dokładnie zsynchronizowane.
Maksymalne napięcie wyjściowe detektora fazy występuje dla Φ = П i 0 radianów i jest równe:
( )
2
/
2
max
0
π
ϕ
K
R
I
U
L
Q
±
=
±
=
(28)
Wynikająca stąd maksymalna wartość napięcia uzyskiwanego do przestrajania generatora wynosi:
( )
A
K
U
S
ϕ
π
2
/
max
±
=
(29)
Maksymalna, moŜliwa do uzyskania zmiana częstotliwości generatora jest równa:
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
12
(
)
( )
2
/
max
max
0
π
K
K
K
K
f
f
V
S
V
I
=
=
−
(30)
Zatem maksymalny zakres częstotliwości sygnału, w którym układ PLL pozostaje w stanie synchroni-
zmu, jest określony wzorem:
( )
L
V
I
f
f
A
K
K
f
f
∆
±
=
±
=
0
0
2
/
π
ϕ
(31)
gdzie
2∆f
L
jest
częstotliwościowym zakresem trzymania
Warto zauwaŜyć, Ŝe zakres trzymania jest rozmieszczony symetrycznie w stosunku do znamiono-
wej częstotliwości f
0
generatora przestrajalnego napięciem.
Poza zakresem trzymania nie jest moŜliwe uzyskanie synchronizmu częstotliwości generatora z
częstotliwością sygnału wejściowego.
Rys. 13. Zakres trzymania układu PLL
Zakres trzymania
= 2∆f
L
= K
V
K
Φ
AП
(32)
Na rys. 13 przedstawiono wykres zaleŜności napięcia przestrajającego od częstotliwości sygnału wej-
ściowego f
I
. Powstaje wtedy róŜnica kątów fazowych Φ , która gwałtownie zmienia się w funkcji czasu.
Szybkość zmian w kąta fazowego w funkcji czasu wynosi:
0
/
ω
ω
ϕ
−
=
I
dt
d
(33)
A zatem napięcie wyjściowe detektora fazy zmienia się gwałtownie w funkcji czasu i ta zmiana
jest silnie tłumiona w filtrze dolnoprzepustowym. W rezultacie napięcie przestrajające generator jest bar-
dzo małe i częstotliwość generatora powraca do swojej nominalnej wartości f
0
. Widzimy, Ŝe poza zakre-
sem trzymania napięcie U
S
przestrajające generator maleje do zera. Jeśli generator przestrajany napięciem
jest w stanie synchronizmu z sygnałem wejściowym, to mamy:
A
K
K
f
f
V
I
φ
φ
0
2
−
+
Π
=
(34)
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
13
ZauwaŜmy, Ŝe gdy f
I
= f
0
, to przebieg wyjściowy generatora jest przesunięty o 90
0
w stosunku do
przebiegu wejściowego. W miarę wzrostu częstotliwości f
I
powyŜej f
0
róŜnica kątów fazowych wzrasta
od
90
0
do
maksymalnej
wartości
180
0
na
górnym
krańcu
zakresu
trzymania.
Gdy częstotliwość f
I
maleje poniŜej f
0
, to róŜnica faz zmniejsz się od 90
0
do 0
0
na dolnym krańcu zakresu
trzymania. Rozwiązania dotyczące zakresu trzymania są oparte na załoŜeniu, Ŝe układ PLL został uprzed-
nio wprowadzony w stan synchronizmu z sygnałem wejściowym.
Zakres zaskoku
Omówimy sytuację, w której początkowy warunek nie został spełniony i określimy zakres częstotliwości,
w którym układ PLL moŜe wejść w stan synchronizmu z sygnałem wejściowym. Ten zakres, w którym
układ moŜe „zaskoczyć” w stan synchronizmu jest nazywanym
zakresem zaskoku.
Rys. 14. Zakres zaskoku układu PLL
W sytuacji, gdy układ PLL nie został uprzednio wprowadzony w stan synchronizmu, częstotli-
wość generatora przestrajającego napięciem jest równa wartości znamionowej f
0
. RóŜnica kątów fazo-
wych sygnału wejściowego i przebiegu z generatora wynosi:
0
/
ω
ω
ϕ
−
=
I
dt
d
(35)
Wobec tego napięcie wyjściowe detektora fazy nie zawiera składowej stałej, lecz składową
zmienną o charakterze przebiegu trójkątnego o amplitudzie K
Φ
(П/2) i częstotliwości podstawowej (f
I
–f
0
).
JeŜeli filtr dolnoprzepustowy jest prostym filtrem obwodem RC, to jego funkcja przejściowa wyraŜa się
wzorem:
)
/
(
1
1
)
/
(
1
1
1
1
1
1
)
(
f
f
j
j
j
T
+
=
+
=
+
=
ω
ω
ωτ
ω
(36)
gdzie: τ =RC i ω
1
= 1/RC, a więc częstotliwości załamania charakterystyki f
1
=1/2 πRC.
Przy załoŜeniu (f/f
1
) >>1 , moŜna funkcję przejścia wyrazić w przybliŜeniu jako :
( )
jf
f
f
T
/
1
≈
(37)
Główna składowa sygnału dostarczonego z detektora fazy na wejście filtru dolnoprzepustowego ma czę-
stotliwość : ∆f = f
I
–f
0
.
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
14
Jeśli ∆f > 3 f
1
, to funkcja przejścia filtru dolnoprzepustowego jest w przybliŜeniu określona jako:
( )
(
)
0
1
1
1
/
/
f
f
f
f
f
f
T
−
=
∆
≈
∆
(38)
Napięcie przestrajające generator jest równe:
(
)
( )
A
f
T
U
U
faz
S
.
det
0
=
(39)
i ma wartość maksymalną:
( )(
)
A
f
f
K
U
S
∆
=
/
2
/
1
π
ϕ
(40)
Wynikająca z stąd maksymalna zmiana częstotliwości generatora wynosi:
(
)
f
Af
K
K
U
K
f
f
V
S
V
I
∆
±
≈
=
−
/
2
/
1
max
max
0
π
ϕ
(41)
Dla wejścia układu z synchronizacją z częstotliwością f
I
musi być spełniony warunek f = f
I
, a więc mak-
symalny zakres częstotliwości sygnału, w którym moŜe nastąpić wejście układu w stan synchronizmu jest
równy:
(
)
Z
I
f
f
f
∆
=
−
2
max
0
(42)
Jest to zakres częstotliwości, w jakim układ PLL moŜe zaskoczyć w stan synchronizmu.
Całkowity zakres zaskoku wyraŜa się wzorem:
zakres zaskoku
2
∆
f
Z
≈
2
(43)
Zakres zaskoku jest rozmieszczony symetrycznie w stosunku do częstotliwości znamionowej f
0
generatora. Na rysunku 14 przedstawiono wykres zaleŜności U
S
, przestrajającego generatora od często-
tliwości sygnału wejściowego zaznaczając zarówno zakres zaskoku, jak i zakres trzymania.
Układ PLL nie moŜe wejść w synchronizm z sygnałem poza zakresem zaskoku, lecz w przypadku, gdy
juŜ nastąpi zaskoku synchronizmu, to jest utrzymywany dopóki częstotliwość sygnału wejściowego mie-
ści się w granicach zakresu trzymania.
Szeroki zakres zaskoku jest poŜądany ze względu na większą zdolność układu do wejścia w syn-
chronizm z sygnałem wejściowym. JednakŜe szerszy zakres zaskoku jest przyczyną większej wraŜliwości
układu PLL na zakłócenia sygnałami niepoŜądanymi i na szumy.
Dla uzyskania maksymalnego tłumienia zakłóceń i szumów jest poŜądany wąski zakres zaskoku.
Wielu przypadkach uzyskuje się odpowiedni kompromis między dwoma przeciwstawnymi wymaganiami
na zakres zaskoku.
W niektórych przypadkach, gdy nie moŜna uzyskać odpowiedniego kompromisu, ustawia się naj-
pierw duŜą wartość szerokości pasma filtru dolnoprzepustowego w celu początkowego wejścia układu w
synchronizm z sygnałem wejściowym. Gdy nastąpi juŜ, zaskoku układu PLL w synchronizm z sygnałem,
zmniejsza się szerokość pasma filtru, redukując wpływ sygnałów zakłócających i szumów.
Jednym z głównych cech układów PLL jest zdolność utrzymywania synchronizmu z sygnałem
wejściowym nawet w bardzo trudnych warunkach szumowych, gdy stosunek sygnału do szumu moŜe być
mniejszy od jedności. Układy PLL znalazły szerokie zastosowanie, są często stosowane w przypadku
sygnałów o bardzo niskim poziomie.
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
15
3. Z
agadnienia do samodzielnego przygotowania
-
Jakie mamy rodzaje modulacji i demodulacji, oraz jakie układy znajdują zastosowanie ?
-
Na czym polega modulacja i demodulacja częstotliwości i jaki jest jej cel ?
-
Matematyczne podstawy modulacji i demodulacji FM
-
Fizyczna realizacja układów modulacji i demodulacji FM
-
Od czego zaleŜy związek między mocą czynną przebiegu zmodulowanego i mocą fali nośnej ?
-
Widmo przebiegu zmodulowanego częstotliwościowo.
-
Układ mnoŜący w zastosowaniu jako demodulator częstotliwości.
-
Analiza układu PLL jako przykład demodulatora.
-
Analiza zniekształceń podczas procesu modulacji i demodulacji FM
-
Budowa wewnętrzna modulatora częstotliwości (MODUŁ 20)
-
Budowa wewnętrzna demodulatora częstotliwości (MODUŁ 21)
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
Rys. 15. Płyta czołowa układu do badania modulacji i demodulacji częstotliwości
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
16
Stanowisko laboratoryjne do badania modulacji i demodulacji częstotliwości składa się z zespolo-
nych we wspólnej obudowie paneli, z których kaŜdy pełni określoną funkcję. Płyty czołowe paneli (rys.
15) są wyposaŜone w odpowiednie wejścia i wyjścia oraz szereg potencjometrów i przełączników umoŜ-
liwiających dokładne analizowanie badanego procesu.
Ponadto zdublowane wejścia i wyjścia na poszczególne moduły znajdujące się w panelach oraz
przejścia na róŜne rodzaje gniazd wtykowych (m.in. BNC) gwarantują komfort kombinacji połączeń i
obserwacji wybranego fragmentu przebiegu sygnału na oscyloskopie.
W skład układu laboratoryjnego wchodzą następujące elementy: zasilacz stabilizowany ±15V;
±5V; generator funkcyjny 10Hz – 100kHz; modulator FM; demodulator FM .
4.1.1. M
odulator FM (moduł 20)
Modulator częstotliwości został zbudowany w oparciu o monolityczny układ ICL 8038, jest to
układ generatora który wytwarza trzy przebiegi o róŜnych kształtach.
Układ 8038 moŜe być sterowany napięciem zewnętrznym, podając na wejście (FMSI), uzyskuje
się efekt modulacji częstotliwości generatora (rys. 16). Przykładając napięcie zmienne np. (sygnał sinuso-
idalny z drugiego generatora) na końcówkę nr 8, na wyjściu uzyskuje się modulację częstotliwości sygna-
łu z generatora w takt zmieniania się sinusoidy. Układ generatora wytwarza częstotliwość nośną – od
20kHz do 30kHz. Płynną regulację częstotliwości dokonuje się za pomocą potencjometru 1kΩ umiesz-
czonego na panelu.
Rys. 16. Modulator częstotliwości.
Natomiast Dobór pojemności C pozwala na określenie początkowej wartości częstotliwości gene-
ratora fali nośnej. Sposoby dołączenia rezystorów zewnętrznych R
A
i R
B
decydują o częstotliwość oscy-
lacji i współczynnik wypełnienia. Częstotliwość oscylacji układu z dwoma oddzielnymi rezystorami jest
równa:
B
A
B
A
R
R
R
C
R
f
−
+
=
2
1
(
3
5
1
(44)
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
17
lub gdy R
A
=R
B
=R
RC
f
3
,
0
=
(45)
Wartość rezystorów powinna być dobrana z zakresu –od 0,5kΩ do 1MΩ.
Częstotliwość oscylacji układu z pojedynczym rezystorem wynosi:
RC
f
15
,
0
=
(46)
Na wejściu układu modulatora zastosowano filtr dolnoprzepustowy 0-3.4kHz, którego zadaniem
jest przepuszczanie sygnałów w pewnym zakresie częstotliwości zwany pasmem przenoszenia filtru, a
tłumieniem sygnałów poza tym pasmem.
Opis filtra i charakterystyka jego została omówiona w rozdziale 4.4.3.
4.1.2. D
emodulator FM (moduł 21)
Demodulator FM został zbudowany w oparciu o układ 4046, który jest układem z pętlą fazową
PLL. Podstawowe elementy, z którego składa się układ 4046:
- liniowego generatora strojonego napięciem – VCO,
- dwóch komparatorów fazy o róŜnych charakterystykach,
- sterowanego źródła napięcia odniesienia,
- diody Zenera o napięciu regulacji 5,2V.
Podstawowym elementem pętli jest generator VCO, który zapewnia liniowość przekształcania
napięcie – częstotliwość lepszą niŜ 1 %. Minimalna wartość częstotliwości generatora oraz zakres zmian
częstotliwości wyznaczane są przez elementy zewnętrzne R i C.
Napięcie sterujące częstotliwością generatora jest podawane z wyjścia filtru dolnoprzepustowego
R
3
i C
2
. DuŜa impedancja wejściowa generatora (rzędu 10
12
Ω) ułatwia zaprojektowanie filtru, umoŜli-
wiając wybór wartości jego elementów w szerokim zakresie (np. przyjęcie małych wartości pojemności
C
2
).
UŜytkowymi sygnałami mogą być zarówno sygnał z wyjścia generatora, jak i z wyjścia filtru dolnoprze-
pustowego. Ten sygnał jest uŜyteczny zwłaszcza w układzie demodulatora częstotliwości . Aby nie ob-
ciąŜać niepotrzebnie filtr, sygnał zdemodulowany moŜna uzyskać z wyjścia źródła sterowanego (ang. SF-
Source Follower), które słuŜy do separacji wejścia VCO od innych układów wykorzystujących ten sy-
gnał. W tym przypadku naleŜy wyjście DEMODULATOR OUT obciąŜyć rezystorem R
S
dołączyć do U
SS
. Typowa wartość tego rezystora wynosi -10kΩ. Jeśli wyjście nr.10 jest nie wykorzystywane, nie naleŜy
go obciąŜać.
Sygnał z generatora moŜe być podawany na wejście komparatorów fazy bezpośrednio lub przez
zewnętrzny dzielnik częstotliwości ze stopniem podziału N . Wówczas częstotliwość generatora będzie N
razy większa od częstotliwości wejściowej. Dzielnik moŜe być zbudowany z układów CMOS np.(4017,
4018, 4029, 4059).
Układ ma dwa komparatory fazy: PC I i PC II z połączonymi wejściami, oznaczonymi na rys. 16.
Wejście sygnałowe (PC I IN) jest wyjściem wzmacniacza napięciowego z układem automatycznej pola-
ryzacji, dzięki któremu układ moŜe pracować z sygnałami analogowymi o małych poziomach. Kompara-
tor typu I jest prostą bramką Ex-OR i pracuje na zasadzie modulatora zrównowaŜonego (czteroćwiartko-
wego układu mnoŜącego). Jest on wykorzystywany do porównania faz sygnałów o współczynniku wy-
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
18
pełnienia 0,5. Charakterystyka statyczna tego komparatora jest przedstawiona na (rys. 17) . Przy braku
sygnału na wejściu komparator utrzymuje średnie napięcie wyjściowe równe U
CC
/2. Napięcie to poda-
wane przez filtr na wejście generatora VCO, wymusza jego częstotliwość środkową f
0
. Przesunięcie dla
tej fazy jest równe ∏/2 [rad]. Układ charakteryzuje się liniową charakterystyką w całym zakresie zmian
fazy 0- ∏.
Rys. 17. Przebiegi czasowe i charakterystyka statyczna komparatora PC I
Został omówiony tylko jeden komparator PC I gdyŜ został tylko on wykorzystany do demodulatora czę-
stotliwości.
Rys. 18. Demodulator częstotliwości
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
19
Układ demodulatora FM został wykonany w oparciu o układ z pętlą fazową PLL 4046. Demodulator
częstotliwości został dostrojony do częstotliwości sygnału odbieranego. Natomiast generator VCO śledzi
zmiany jego częstotliwości, napięcie na jego wejściu odpowiada sygnałowi zdemodulowanemu.
4.1.3. 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 stoso-
wane są układy, w których przebiegi trójkątne i prostokątne wytwarza się przez szeregowe połączenie
integratora i przerzutnika, a następnie podając otrzymany przebieg trójkątny na układ formujący otrzymu-
je się przebieg sinusoidalny.
Generator ten wykonany jest w oparciu o układ ICL 8038 firmy HARRIS. Dla umoŜliwienia ob-
serwacji 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 wyj-
ście TTL, słuŜące do sterowania układami TTL. Generator posiada równieŜ wejście FM. Podając na nie
przebieg sinusoidalny z innego generatora funkcyjnego moŜemy obserwować na wyjściu OUT sygnał
zmodulowany częstotliwościowo.
4.1.4. F
iltr aktywny (moduł 20 i 21)
Zadaniem filtrów aktywnych jest przepuszczanie sygnałów znajdujących się w pewnym zakresie
częstotliwości, zwanym pasmem przenoszenia filtru, a tłumienie sygnałów poza tym zakresem .
Filtr aktywny, obok elementów biernych RC, zawiera kilka wzmacniaczy operacyjnych, a jego
właściwości 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 TL084,
składający się z czterech wzmacniaczy operacyjnych .
Filtr Butterwortha dolnoprzepustowy 4 rzędu 0-3400Hz (FDP)
Rys. 19. Schemat ideowy filtru 0-3400Hz
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).
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
20
Rys. 20. Schemat ideowy filtru 300-3400Hz
Filtr Butterwortha pasmowo przepustowy 4 rzędu 16-19kHz (FPP).
Rys. 21. Schemat ideowy filtru 16-19kHz
5. P
rogram
ć
wiczenia
5.1. B
adanie filtru
W celu wyznaczenia charakterystyki przenoszenia filtru doprowadzamy sygnał z generatora do
wejścia filtru i podajemy go na oscyloskop (jeden kanał oscyloskopu dwukanałowego). Na drugim kanale
obserwujemy przebieg wyjściowy z filtru (rys. 22). Istotnym momentem jest stwierdzenie zmniejszenia
się amplitudy sygnału wyjściowego o 3dB.
Pomiary:
-
wyznaczenie charakterystyki przenoszenia filtru LP U
wy
=
f(f
gen
) dla f
gen
∈
(0
÷
5 kHz);
-
wyznaczenie charakterystyki przenoszenia filtru BP U
wy
=
f(f
gen
) dla f
gen
∈
(0
÷
5 kHz)
Wykreślić charakterystykę dla filtru dolnoprzepustowego (LP) i pasmowo przepustowego (BP). Na pod-
stawie otrzymanych pomiarów wyznaczyć pasmo 3 dB.
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
21
Rys. 22. Schemat połączeń modułów pomiarowych do badania filtru
5.2. B
adanie modulatora FM
Sygnał z generatora (sygnał modulujący) podajemy na wejście filtru układu modulatora, a następ-
nie podany sygnał dajemy na wejście modulatora. Efekt modulacji uzyskujemy na wyjściu układu. Poten-
cjometrem moŜemy regulować częstotliwość nośną modulatora w zakresie od 20kHz do 30kHz.
Rys. 23. Badanie modulatora FM – schemat połączeń
Rys. 24. Badanie modulatora FM – przykładowe przebiegi
Ch 1
Ch 2
T
MODUŁ 20
MODULATOR FM
0.3 - 3.4
kHz
LP
BP
MOD
FM
GEN
MOD
min
max
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
Ch 1
Ch 2
T
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
MODUŁ 20
MODULATOR FM
0.3 - 3.4
kHz
LP
BP
MOD
FM
GEN
MOD
min
max
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
22
Pomiary: zaobserwować wpływ zmian wartości napięcia modulującego na kształt przebiegu zmodulowa-
nego przy stałej częstotliwości np. dla f
gen
= 2.5 kHz, U
∈
(0
÷
10 V)
5.3. B
adanie demodulatora FM
Rys. 25. Układ połączeń przy badaniu demodulatora FM
Sygnał zmodulowany podajemy na wejście ogranicznika lub teŜ bezpośrednio do układu demodu-
latora. Efekt detekcji sygnału uzyskujemy bezpośrednio na wyjściu układu filtru dolnoprzepustowego
RC układu VCO lub po dodatkowym podaniu go na filtr (0-3.4kHz) .
Przed rozpoczęciem badań samego demodulatora naleŜy zapoznać się ze wpływem parametrów
układu filtru RC generatora VCO na pracę demodulatora. Wartości te są ustawiane z zewnątrz za pomocą
potencjometru „R” i przełącznika C1/C2. Potencjometrem moŜemy regulować zakres trzymania i zakres
zaskoku układu demodulatora, obserwując sygnał wyjściowy. Badanie wpływu układu VCO zaobserwo-
wać w układzie jak na rys. 25. Zaobserwować wpływ wartości R i C na zakres pracy demodulatora oraz
wyznaczyć wartości optymalne.
5.3.1. B
adanie ogranicznika
Układ ogranicznika słuŜy do wzmocnienia i ograniczenia amplitudy sygnału zmodulowanego w celu
wyeliminowania niekorzystnej modulacji amplitudy, w naszym przypadku słuŜy on do ograniczenia na-
pięcia do wartości ±5V. Ograniczony w ten sposób sygnał podajemy ma demodulator.
Pomiary: obserwacja charakterystyki wejściowej i wyjściowej ogranicznika zgodnie z rysunkiem 26.
Ch 1
Ch 2
T
MODUŁ 21
DEMODULATOR FM
0.3 - 3.4
kHz
LP
BP
MOD
FM
VCO
MOD
Rmin
Rmax
WZM
+ OGR
LP
C1
C2
MODUŁ 20
MODULATOR FM
0.3 - 3.4
kHz
LP
BP
MOD
FM
GEN
MOD
min
max
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 Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
23
Rys. 26. Układ połączeń do badań ogranicznika.
5.3.2. B
adanie sygnału zdemodulowanego
Badanie układu demodulatora wykonać zgodnie z rys. 25 przy najlepszych wartościach filtru RC genera-
tora VCO. Wykonać następujące pomiary:
-
obserwacja sygnału zdemodulowanego przed i za filtrem 0
÷
3.4 kHz
-
wyznaczenie charakterystyki przenoszenia całego układu U
wy
=
f(U
we
) dla f
Uwe
∈
(0
÷
5 kHz)
5.3.3. B
adanie układu VCO
Rys. 27. Badanie układu VCO – schemat połączeń.
Pomiary:
- obserwacja przebiegów wejściowych i wyjściowych układu VCO dla róŜnych wartości amplitu-
dy sygnału modulującego,
- obserwacja przebiegów układu VCO w pozostałych punktach.
Ch 1
Ch 2
T
MODUŁ 21
DEMODULATOR FM
0.3 - 3.4
kHz
LP
BP
MOD
FM
VCO
MOD
Rmin
Rmax
WZM
+ OGR
LP
C1
C2
MODUŁ 20
MODULATOR FM
0.3 - 3.4
kHz
LP
BP
MOD
FM
GEN
MOD
min
max
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
Ch 1
Ch 2
T
MODUŁ 21
DEMODULATOR FM
0.3 - 3.4
kHz
LP
BP
MOD
FM
VCO
MOD
Rmin
Rmax
WZM
+ OGR
LP
C1
C2
MODUŁ 20
MODULATOR FM
0.3 - 3.4
kHz
LP
BP
MOD
FM
GEN
MOD
min
max
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 Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
24
Rys. 28. Sygnał wejściowy VCO przy amplitu-
dzie sygnału modulującego 0V (kanał 1)
Sygnał wyjściowy VCO przy amplitudzie sygna-
łu modulującego 0V (kanał 2)
Rys. 29. Sygnał wejściowy VCO przy amplitu-
dzie sygnału modulującego 10V (kanał1)
Sygnał wejściowy VCO przy amplitudzie sygna-
łu modulującego 10V (kanał 2)
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.
-
Zanalizować poziom zniekształceń wprowadzonych w procesie modulacji i demodulacji
Laboratorium Elektroniki Układy modulacji i demodulacji FM
Politechnika Opolska
25
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.
[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] Wacławek R., Zalot G..:
Proste radioodbiorniki. Inst. Wydawn. „Nasza Księgarnia Warszawa, 1988.
[21] Zagajewski T.:
Układy elektroniki przemysłowej. WNT, Warszawa, 1973.
[22] „ CB radio – Rodzaje emisji ”
http://www.radio.cb.pl/ie/4.htm
[23] „ Demodulacja obwiedni. Sygnały...”
http://www.elektronika.pl/Rt1/sygnały_6.htm
[24] „ Hewlett Packard ”
http://www.hp.com/
[25] „ Interactive Amplitude Modulation Model ”
http://www.tm.agilent.com/tmo/Notes/interactive/an-150-1/indeks/htm
[26] „ Modulacja AM – Teoria ”
http://www.ece.queensu.ca/hpages/courses/elec322/
[27] „ Modulate, Demodulate, Heterodyne, Mix, Beat, Translate...”
http://www3.ncsu.edu/ECE480/indeks.html
[28] „ Motorola (datasheet)”
http://motserv.indirect.com/
[29] „ Analog Devices: AD633JN”
http://www.analog.com/
[30] „ Harris Semiconductor: ICE 8038 ”
http://intersil.com
[31] „ National Semiconductor: LM 1496/ LM 1596”
http://www.national.com/
[32] „ Philips Semiconductors: MC 1496/ MC 1596”
http://www.design-NET.com
[33]
http://www.geocities.com/SoHo/Study/8903/fmodx.html
[34]
http://www.seas.upenn.edu:8080/~ee111/modulation/Modulation.html
[35]
http://www.williamson-labs.com/480_mod.htm
[36]
http://www.avren.com/Courses/TX_RX_Architectures_plain.htm
[37]
http://www.navdesign.com/NetworkCourse/Presentations.htm
[38]
http://www.ee.ryerson.ca:8080/~courses/ele635/#Exp1
[39]
http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~eecs20/demos/lec2/fm.html
[40]
http://www.tmeg.com/esp/e_modulation/modulation.htm