Лабораторная работа №6. Широтно-импульсная модуляция и демодуляция Теоретическая часть.

Ранее был рассмотрен один из видов импульсной модуляции – амплитудно-импульсная модуляция (АИМ, PAM). Ещё одним видом является широтно-импульсная модуляция (ШИМ, PWM, PDM). Чтобы понять, что представляет этот тип модуляции, давайте рассмотрим простейшую схему получения ШИМ сигнала, с использованием компаратора и генератора пилообразного напряжения. Схема представлена на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1.

Компаратор имеет два входа: на один подается аналоговый сигнал, на другой пилообразное напряжение. Когда мгновенное значение напряжения на аналоговом входе меньше, чем мгновенное значение пилообразного напряжения, на выходе компаратора появляется сигнал логического 0. Когда мгновенное значение напряжения на аналоговом входе больше, чем мгновенное значение пилообразного напряжения, на выходе компаратора появляется сигнал логической 1. Таким образом, сигнал на выходе компаратора представляет собой последовательность импульсов, ширина которых является функцией величины напряжения на аналоговом входе устройства. Рисунок 6.2 демонстрирует сравнение напряжений на выходе компаратора при двух разных входных постоянных напряжениях.

Рисунок 6.2.

На рисунке 6.3 показан выходной сигнал при входном, представленным синусоидой.

Рисунок 6.3.

Стоит отметить важное различие амплитудно-импульсной и широтно-импульсной модуляции. В результате АИМ получается последовательность импульсов фиксированной ширины, но изменяющейся амплитуды. В результате ШИМ получается серия импульсов, фиксированной амплитуды, но изменяющейся ширины. Так эти виды модуляции отличаются во временной области.

Сравнение двух этих типов модуляции в частотной области выявляет интересное сходство между этими сигналами, а также и ключевое отличие. Спектр обоих сигналов содержит исходное сообщение и боковые относительно k₀ комбинационные спектры (лепестки). Но модуляция этих лепестков различается. У АИМ сигнала они имеют вид DSBSC модулированных, а у ШИМ – ФМ модулированных. Эта разница в спектре сигналов объясняет, почему они выглядят так разно во временной области.

Но несмотря на разницу в спектральных композициях сигналов, оба они содержат копию исходного сообщения, что значит, что оно может быть восстановлено одним и тем же способом – с помощью фильтра нижних частот. Конечно же, для правильного восстановления сообщения, изначально должна быть правильно выбрана частота дискретизации сигнала согласно теоремы Котельникова.

Эксперимент

Часть 1. Получение пилообразного напряжения

1. Установите регуляторы Width Control и Delay модуля Twin Pulse Generator в крайнее левое положение.

2. Соберите схему, показанную на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4.

Эту схему можно представить блок-схемой на рисунке 6.5.

Рисунок 6.5.

3. Запустите осциллограф NI ELVIS II Oscilloscope VI и настройте его:

• Coupling DC

• Timebase 100µs/div

• Trigger Type Edge

• Trigger Source CH 0

• Trigger Level 2,5V

4. Определите напряжения нижнего и верхнего пиков пилообразного сигнала. Результаты занесите в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

Величина нижнего пика	Величина верхнего пика