Часть 4. Восстановление аналогового сигнала

1. Закройте Signal Analyzer VI. Запустите осциллограф. Установите Timebase осциллографа на 200µs/div.

2. Установите регулятор Gain модуля Tuneable Low-pass Filter в среднее положение, а регулятор Cut-off Frequency Adjust в крайнее левое положение.

3. Измените схему, как показано на рисунке 6.14.

Рисунок 6.14

Блок-схема на рисунке 6.15. Фильтр нижних частот используется для извлечения копии исходного сообщения из спектра ШИМ сигнала, т.е. для демодуляции сигнала.

Рисунок 6.15

4. Увеличьте частоту среза фильтра (Cut-off Frequency Adjust модуля Tuneable Low-pass Filter) и получите копию исходного сообщения.

5. Измените схему, как показано на рисунке 6.16.

Рисунок 6.16

6. Установите регулятор Gain модуля Amplifier в крайнее левое положение. Вставьте провод наушников в соответствующий разъем, затем оденьте их. Отрегулируйте уровень Gain так, чтобы вы могли отчетливо слышать восстанавливаемое сообщение. Попытайтесь запомнить этот звук.

7. Отсоедините провод, идущий к модулю Amplifier от модуля Tuneable LPF, и присоедините его к выходу 2kHz SINE модуля Master Signal. Сравните звук этого сигнала с тем, что вы слышали в предыдущем пункте. Они должны быть очень похожи.

8. Присоедините обратно провод к выходу модуля Tuneable LPF. Отрегулируйте частоту среза фильтра на слух.

9. Регулируя ручку G модуля Adder, изменяйте амплитуду сообщения и следите за изменением восстанавливаемой копии сообщения. Почему уровень звука не увеличивается, если превысить значение из пункта 4 предыдущей части работы?

Сейчас мы модулировали и демодулировали сообщение, представленное простейшим гармоническим колебанием. В системах телекоммуникаций основными аналоговыми сигналами являются речь и музыка. Поэтому в следующей части эксперименты мы опробуем ШИМ модуляцию и демодуляцию речи.

10. Установите регулятор Gain чуть ниже положения, описанного в пункте 4 третьей части работы. Отсоедините провод, который идет ко входу А модуля Adder из разъема 2kHz SINE и соедините его с выходом модуля Speech.

11. Установите Timebase осциллографа на 2ms/div. Говорите в микрофон и следите за изменением картинки на экране осциллографа и звуком в наушниках.

Часть 5. Последствия несоблюдения теоремы Котельникова

Согласно теореме Котельникова, частота следования пилообразных импульсов должна в два раза превышать максимальную частоту сообщения. Давайте посмотрим, что произойдет, если это условие не будет соблюдено.

1. Отсоедините провод от модуля Speech и присоедините его обратно в разъем 2kHz SINE модуля Master Signal. Установите временную развертку осциллографа обратно в положение 200µs/div.

2. Запустите NI ELVIS II Function Generator VI. Установите частоту выходного сигнала 8,3333kHz. Отсоедините провод из разъема 8kHz DIGITAL и измените схему, как показано на рисунке 6.17.

Рисунок 6.17.

Блок-схема представлена на рисунке 6.18. Модуль Function Generator используется для воспроизведения пилообразных импульсов заданной частоты, чтобы мы могли рассмотреть и услышать влияние частоты следования импульсов на качество восстанавливаемого сообщения.

Рисунок 6.18

3. Уменьшите частоту генератора функций до 7кГц.

4. Если звук или форма восстанавливаемого сообщения изменились, настройте частоту среза ФНЧ для наиболее правдоподобного воспроизведения исходного сигнала.

5. Уменьшайте частоту следования импульсов генератора функций с шагом 1кГц, возвращаясь к пункту 4, если надо.

6. Остановитесь на частоте 3кГц. Теперь сообщение невозможно восстановить без ощутимых потерь. Вдобавок, форма сообщения на экране осциллографа должна быть искажена.

Из-за чего происходит это искажение? Опишите спектральную композицию восстанавливаемого сигнала при частоте следования пилообразных импульсов 3 кГц.