eltekh / 3 Семестр / РАДИОТЕХНИКА / Лаб. работа №01 Исследование амплитудного модулятора / Описание Лаб работы №1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

Исследование амплитудного модулятора.

Цель работы:

1. Исследование схемы амплитудного модулятора.

2. Исследование влияния параметров модулирующего сигнала на величину коэффициента модуляции.

1.1 Подготовка к работе.

• Повторить раздел: «Амплитудная модуляция».

• Повторить основные меню и элементную базу программы «Electronics Workbench».

1.2 Краткая теоретическая часть.

Радиосвязь осуществляется путём передачи энергии электромагнитных колебаний высокой частоты от передающей антенны к приёмной. Для осуществления радиосвязи изменяют один из параметров высокочастотного колебания по закону изменения низкочастотного сигнала. Такой процесс называется модуляцией, а устройство, его осуществляющее, называется модулятором.

Амплитудная модуляция. При амплитудной модуляции (АМ) амплитуда высокочастотного колебания изменяется по закону сигнала информации. Модуляция по амплитуде сводится к перемножению модулирующего U и несущего X сигналов.

U = Uo + U1 = Uo + ∆U sinΩt, X = Xm sinωt,

где Uo – амплитуда колебаний при отсутствии модуляции,

U1 = ∆U sinΩt – переменная составляющая модулирующего сигнала,

∆U – изменение амплитуды модулирующего сигнала,

Ω = 2πF – частота модулирующего сигнала,

Xm - амплитуда несущего сигнала,

ω - частота несущего сигнала.

Мгновенное значение амплитуды высокочастотных колебаний можно записать в виде:

U = Uo + ∆U sinΩt = Uo[1 + (UΩ/Uo) sinΩt].

После перемножения и тригонометрических преобразований получим результирующее колебание в следующем виде:

U = Uo{sinωt + 0,5M[cos(Ω - ω)t + cos(Ω + ω)t]},

где Uo = (Umax – Umin)/2M,

M = UΩ/Uo = (Umax – Umin)/ (Umax + Umin) - коэффициент модуляции.

Временная диаграмма радиосигнала с амплитудной модуляцией показана на рис. 1.1.

Рис.1.1. Временная диаграмма радиосигнала с амплитудной модуляцией.

Схема амплитудного модулятора показана на рис. 1.2. Она содержит двухвходовой суммирующий усилитель на ОУ, к одному входу которого подключен источник постоянного напряжения Uо, к другому — источник модулирующего напряжения U1 = ∆U sinΩt. Выход усилителя подключён к Х-входу перемножителя с коэффициентом передачи 1. На Y-вход перемножителя подается сигнал несущей X. После перемножения на выходе перемножителя будет сформирован сигнал, показанный на рис. 1.1.

Рис. 1.2 Схема амплитудного модулятора.

Угловая модуляция. Угловая модуляция является общим для частотной и фазовой модуляции. Фазовой называется такая модуляция, при которой приращение фазового угла φ пропорционально приращению ∆Uу модулирующего сигнала. Частотной называется такая модуляция, при которой приращение ∆Uу напряжения модулирующего сигнала вызывает пропорциональное приращение частоты ∆, а это косвенно влияет на изменение фазового угла ∆φ. Оба вида угловой модуляции взаимно связаны. Связь между ними формулируется следующим образом: изменение частоты во времени по закону эквивалентно изменению полной фазы по закону интеграла, а изменение полной фазы по закону эквивалентно изменению частоты по закону производной. Это положение, являющееся основным в теории угловой модуляции, определяет связь между изменениями частоты и фазы и указывает на общность, существующую между двумя разновидностями угловой модуляции — модуляцией частоты (ЧМ) и модуляцией фазы (ФМ).

Сигнал с частотной модуляции в простейшем случае описывается выражением:

Z(t) = Xm sin[ωt + (∆ω/Ω) sinΩt],

где Xm — амплитуда несущей;

∆ω —диапазон частотного отклонения (девиации) несущей под действием модулирующего (в данном случае — синусоидального) сигнала.

Из последнего выражения видно, что периодическая модуляция частоты эквивалентна гармонической вариации фазы с той же частотой, при этом амплитуда получаемой вариации фазы равна Ф = ∆ω/Ω = М.

Это отношение численно равно индексу модуляции М, являющемуся основным параметром угловой модуляции. Индекс модуляции не зависит от средней (немодулированной) частоты ω, a определяется исключительно величиной девиации и модулирующей частотой.

Сигнал с фазовой модуляции описывается выражением:

Z(t) = Xm sin[ωt + Ф sinΩt].

При модуляции гармоническим сигналом по характеру колебания и его свойствам с учётом обозначения Ф = ∆ω/Ω нельзя сделать однозначное заключение о том, с какой модуляцией мы имеем дело — с частотной или фазовой. При частотной модуляции величина девиации ∆ω пропорциональна амплитуде модулирующего напряжения и не зависит от частоты модуляции, однако с ростом последней индекс модуляции уменьшается. При фазовой же модуляции величина Ф пропорциональна амплитуде модулирующего напряжения и не зависит от частоты модуляции.

1.3 Порядок выполнения работы.

Эксперимент 1.

- Открыть файл L1 1.ewb (рис. 1.2). Установить параметры источника напряжения

Uо = 4В, а U1 «1V/1 kHz/0 Deg».

- Установить режим работы осциллографа в соответствии с рис. 1.3. Включить схему.

Рис. 1.3. Лицевая панель осциллографа.

- Изобразить осциллограммы напряжений. По осциллограмме определить величины напряжений Umax, Umin, Uo и вычислить коэффициент модуляции М. Полученные результаты записать в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Измерено			Вычислено
Umax	Umin	Uo	М.

Эксперимент 2.

- Установить параметры источника напряжения U1 «0,5V/1 kHz/0 Deg». Включить схему.

- Изобразить осциллограммы напряжений. По осциллограмме определить величины напряжений Umax, Umin, Uo и вычислить коэффициент модуляции М. Полученные результаты записать в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

Измерено			Вычислено
Umax	Umin	Uo	М.

Эксперимент 3.

- Установить параметры источников напряжения Uо = 2В, а U1 «1V/1 kHz/0 Deg». Включить схему.

- Изобразить осциллограммы напряжений. По осциллограмме определить величины напряжений Umax, Umin, Uo и вычислить коэффициент модуляции М. Полученные результаты записать в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

Измерено			Вычислено
Umax	Umin	Uo	М.

Эксперимент 4.

- Установить параметры источников напряжения Uо = 1,41В. Включить схему.

- Изобразить осциллограммы напряжений. По осциллограмме определить величины напряжений Umax, Umin, Uo и вычислить коэффициент модуляции М. Полученные результаты записать в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Измерено			Вычислено
Umax	Umin	Uo	М.

Эксперимент 5.

- Изменить модулирующий сигнал, установив параметры источника напряжения Uо = 4В, а U1 «1mV/1 kHz/0 Deg». Изобразить осциллограммы напряжений.

Контрольные вопросы

1. В чём заключается процесс формирования АМ-сигнала?

2. В чем заключается различие между фазовой и частотной модуляцией?

3. Проанализируйте влияние параметров модулирующего сигнала на величину коэффициента модуляции.