2. Модуляторы

2.1 Амплитудные модуляторы

Процесс, при котором амплитуда высокочастотных колебаний изменяется по закону управляющего сигнала, носит название амплитудной модуляции (АМ). В простейшем случае выражение для АМ сигнала будет иметь вид ,

г де - амплитуда высокочастотных колебаний в отсутствии модуляции,

- модулирующий сигнал. Таким образом, для получения АМ колебаний с присутствием на выходе несущей необходимо сложить модулирующий сигнал с постоянным напряжением отличным от нуля и полученную сумму умножить на . Таким образом, практическая реализация и модель будет иметь вид: (рис 3)

Рис.3 Схема амплитудного модулятора.

На вход X перемножителя поступает модулирующее (гармоническое) низкочастотное напряжение и постоянное напряжение .

На второй вход Y перемножителя поступает напряжение несущей . Напряжение на выходе аналогового перемножителя имеет вид , где k – коэффициент перемножителя.

Раскрывая скобки и произведя тригонометрические преобразования, получим , где - ам-плитуда несущей, - коэффициент амплитудной модуляции, - комбинационные гармоники (боковые составляющие).

Таким образом, произошел перенос сигнала с частотой Ω в диапазоне частоты , что и является процессом амплитудной модуляции.

Если не производить тригонометрических преобразований, то , откуда видно, что m не может быть больше единицы, т. е. m≤1. Если m>1, то наступает режим перемодуляции, что приводит к искажениям.

2.2 Моделирование амплитудных модуляторов.

1.Собрать схему, показанную на рис 3.

Установить следующие параметры. Частота несущей – 1кГц, частота моду-ляции – 100 Гц. Для этого взять из библиотеки генераторы переменного напряжения, установить действующее напряжение 1В ( ). Взять генератор постоянного напряжения, установить . Устано-вить действующие напряжение модуляции 0,5 В ( ). Определить коэффициент модуляции m по осциллограмме (методические указания даны в приложении). Сравнить с расчетными значениями.

2. Исследовать зависимость коэффициента модуляции от амплитуды несущей, постоянного напряжения, амплитуды модулирующего сигнала и частоты модулирующего сигнала. Построить графики , , , . По каждой из исследуемых зависимостей, сделать выводы. Задание дает преподаватель. Увеличивая уровень моду-лирующего сигнала, получить «перемодуляцию». При каком соотношении и возникает перемодуляция?

3. Используя меню Analysis\Fourier, получить спектр исследуемого сигнала. Зарисовать амплитудный спектр, сравнить амплитуды боковых и несущей с расчетными.

4. Установить . Получить АМ - сигнал с подавленной несущей (балансный модулятор). В спектре выходного сигнала присутствуют только две боковые соответствующие, сумма которых образует так называемые «биения». Зарисовать форму выходного сигнала. Произвести Фурье – ана-лиз.

5. Исследовать работу амплитудного модулятора, подавая на него модулирующие сигналы (например, треугольные) от функционального генератора.

6. В технике связи широко используются однополосные сигналы (сигнал ОБП – одной боковой полосы). Другая боковая и несущая на выходе отсутствуют. Идея метода фазирования достаточно проста. Пусть даны входные сигналы и , требуется получить на выходе, например, только нижнюю боковую частоту .

Записав это выражение в виде , замечаем, что оно может быть сформи-ровано в результате сложения колебаний, получающихся на выходе двух перемножителей. На входы первого нужно подать сигналы и , на входы второго – те же сигналы, и предварительно повернутые по фазе на 90° с помощью фазовращателей. Схема такого модулятора приведена на рис 4.

Рис 4. Модулятор ОБП – сигнала.

В диалоговом окне генераторов установить указанное значение действующего напряжения, частоты и начальной фазы. Все коэф-фициенты усиления умножителей и сумматоров принять равными едини-це.

Запустить схему и выключить. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения. Произвести Фурье – анализ. Повторить эксперимент для верхней боковой частоты, для чего в одном из генераторов несущей изменить фазу на180°.