Эксперимент

Часть 1. Получение аМн сигнала

1. Соберите схему, как показано на рисунке 11.2.

Рисунок 11.2

Блок-схема представлена на рисунке 11.3. Модуль Sequence Generator используется для моделирования цифрового сигнала, а его выход SYNC – для синхронизации осциллографа. Модуль Dual Analog Switch используется для амплитудной манипуляции несущей с частотой 100кГц.

Рисунок 11.3

2. Запустите NI ELVIS II Oscilloscope VI и настройте его:

• Scale 2V/div

• Input Coupling DC

• Timebase 1 ms/div

• Trigger Type Digital

Часть 2. Демодуляция аМн сигнала с помощью синхронного детектора

1. Установите регуляторы Gain и Cut-off Frequency Adjust модуля Tuneable Low-pass filter в крайнее правое положение.

2. Измените схему, как показано на рисунке 11.4.

Рисунок 11.4

Блок-схема представлена на рисунке 11.5. Модуль Multiplier и Tuneable Low-pass filter моделирует работу синхронного детектора. Местная несущая берется оттуда же, откуда и несущая для модуляции сигнала, чтобы избежать рассинхронизации между модулятором и демодулятором.

Рисунок 11.5

3. Сравните оригинальное и восстановленное сообщения. Почему восстановленное не является идеальной копией оригинального?

Часть 3. Синхронизация несущих

Влияние разности фаз.

Вспомните, что синхронный детектор генерирует две копии исходного сообщения. Когда несущие модулятора и демодулятора синхронизированы, эти два сообщения синфазны и просто формируют бОльшую копию исходного сообщения. Но если между несущими есть разность фаз, то разность фаз будет и между двумя копиями сообщения: у одного – сумма фазовых ошибок, у второго – разность.

Если разность фаз между несущими небольшая (до 10°), то оба сообщение все еще складываются, но результат будет чуть меньше, чем при синхронизации несущих. С увеличением разности фаз между несущими, уменьшается амплитуда восстанавливаемого сообщения. Когда разность фаз между несущими достигает 45°, сообщения начинают вычитаться друг из друга. Когда разность фаз достигает 90°, разность фаз между сообщениями достигает 180° и они взаимоподавляют друг друга.

Интересно, что при разности фаз более 90° амплитуда сообщений вновь начинает расти и достигает максимума при разности в 180°. При этом мы получаем инвертированную копию сообщения. Это не играет роли, когда сообщение представляет собой аналоговый сигнал, но сильно влияет на обработку цифровых сигналов.

1. Установите регулятор Phase Change модуля Phase Shifter в положение 180°, а регулятор Phase Adjust в среднее положение.

2. Измените схему, как показано на рисунке 11.6.

Рисунок 11.6

Блок схема представлена на рисунке 11.7. Модуль Phase Shifter вносит ошибку фазы между несущими модулятора и демодулятора.

Рисунок 11.7

3. Поворачивайте регулятор Phase Adjust поочередно влево и вправо и наблюдайте за эффектом, производимым на восстанавливаемый сигнал.

4. Остановите регулятор Phase Adjust в положении, когда восстанавливаемый сигнал будет максимальным по амплитуде.

5. Сравните несущие, подсоединив вход канала 0 осциллографа к выходу 100кГц Sine модуля Master Signals, а вход канала 1 осциллографа к выходу модуля Phase Shifter. Установите временную развертку Timebase осциллографа 5µs/div.

Какова разность фаз между несущими?

6. Верните схему в прежнее положение. Отрегулируйте Phase Adjust так, чтобы восстановленное сообщение имело наименьшую возможную амплитуду.

Какова теперь разность фаз между несущими?

7. Отрегулируйте Phase Adjust так, чтобы восстановленное сообщение имело максимальную амплитуду и было инвертированной копией исходного.

Какова разность фаз между несущими на этот раз?

Влияние разности частот

Когда появляется разность частот между несущими, на выходе перемножителя появляются ошибки в воспроизведении частот восстанавливаемого сообщения. Т.к. там присутствуют две копии исходного сообщения, то одна из них повторяет весь набор передаваемых частот, но сдвинутый вниз на разность частот между несущими, а вторая – то же исходное сообщение, но сдвинутое вверх на разность частот несущих.

При малой разности частот обе копии сообщения находятся рядом и вносят лишь малое искажение, которое можно исправить компаратором. Но при этом разность частот неизбежно влечет за собой и разность фаз, а именно – продолжительный сдвиг фазы. В результате у восстановленного цифрового сигнала бесконечно во времени меняется амплитуда, а также он периодически становится инвертированным (при соответствующей разности фаз), а это уже нельзя исправить компаратором.

Большая разность фаз влечет за собой исключение из восстанавливаемого сигнала части второстепенных гармоник и, соответственно, изменение формы сигнала (вдобавок к бесконечному изменению амплитуды).

8. Запустите NI ELVIS II Function Generator VI и настройте его:

• Waveshape Sine

• Frequency 100kHz

• Amplitude 4Vpp

• DC Offset 0V

9. Измените схему, как показано на рисунке 11.8.

Рисунок 11.8

Блок-схема на рисунке 11.9.

Рисунок 11.9

10. Сравните исходный и восстановленный цифровые сигналы.

Почему при правильно настроенной частоте не получается точная копия исходного сигнала?

11. Поэкспериментируйте с частотой, изменяя ее в настройках Function Generator в пределах нескольких герц.

12. Поочередно устанавливайте частоты 99,8кГц и 100,2кГц, 98кГц и 102 кГц и следите за изменением сигнала.

Как теперь выглядит восстановленный сигнал?