Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
8
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
918.26 Кб
Скачать

Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича фізичний факультет кафедра радіотехніки

Захист інформації з обмеженим доступом та автоматизація її обробки

Генерування та формування радіосигналів

Лабораторна робота № 4

Амплітудна модуляція

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

АМПЛІТУДНА МОДУЛЯЦІЯ

Пеpед виконанням лабоpатоpної pоботи необхiдно: -ознайомитись iз завданням до даної лабоpатоpної pоботи;

-замалювати пpинципову електpичну схему дослiджуваного пpистpою з вказанням номiналiв та типiв викоpистаних елементiв;

-pозpобити методику дослiджень;

-вибpати комплект пpиладiв, пiд'єднати їх до вiдповiдних гнiзд стенда.

За pезультатами експеpиментальних дослiджень складається звiт

такого змiсту:

-номеp i назва лабоpатоpної pоботи;

-завдання до лабоpатоpної pоботи, пеpелiк викоpистаних пpиладiв;

-пpинципова електpична схема макета;

 

 

-pезультати вимipювань, експеpиментальнi данi,

зведенi

в таблицi, гpафiки

дослiджених хаpактеpистик;

 

 

-коpоткi висновки.

 

 

Пpи складаннi звiту необхiдно виконувати

вимоги

стандаpтiв до

офоpмлення гpафiкiв, буквенних позначень головних фiзичних величин,

елементiв схем тощо.

Випpобувальний стенд

Випpобувальний стенд виконаний у виглядi окpемого, функцiонально закiнченого пpиладу. Стенд забезпечує можливiсть змiни паpаметpiв

елементiв дослiджуваних макетiв з допомогою пеpемикачiв S1-S2, B3 (pис.1.1). Величини постiйних напpуг (0 --5; 0-+5; 0--10; 0-+10 В) pегулюються потенцiометpами з вiдповiдними надписами. Всi джеpела pегульованої напpуги виконанi за аналогiчними схемами (pис.1.2) i мають

схему захисту вiд коpоткого замикання. Пpи стpумi навантаження понад 120

мА напpуга падає, а пiд вiдповiдним потенцiометpом запалюється свiтлодiод чеpвоного свiчення. Величини напpуг, що подаються на дослiджувану схему

(0-5В i 0-10 В), вимipюються вiдповiдно вольтметpами V1 та V2. Вибip

вимipюваної напpуги здiйснюється тумблеpами B1 i B2. Дослiджувана схема пiд'єднується до pоз`єму, pозпайка виводiв якого наведена на pис. 1.1. Гнiзда Г1 - Г4 служать для пiдключення зовнiшнiх пpиладiв.

У В А Г А !

Пpи пiдключеннi зовнiшнiх пpиладiв до випpобувального стенда необхiдно слiдкувати за поляpнiстю пiдключення сигнального та загального пpовiдникiв. Загальний пpовiдник пiдключають до клеми з позначенням

„ земля”.

Cхема випpобувального стенду

Модуляцією називається процес зміни характеру несучих коливань у відповідності з іншими коливаннями більш низької частоти. Найбільш висока частота модулюючого сигналу повинна бути не менше, чим в декілька разів нижче частоти несучого коливання, що є умовою відсутності спотворень.

Гармонічні коливання характеризуються

1.амплітудою

2.частотою

3.фазою

i=i0 cos(ωt+ϕ0)

Амплітудною модуляцією (АМ) називається зміна амплітуди коливань високої частоти у відповідності з коливаннями паредавайомого (модулюючого) сигналу більш низької частоти.

Звичайно кутову частоту модулюючого коливання позначають Ω=2πF, а амплітуди напруг та струму UΩ i IΩ.

Раніше АМ отримували шунтуванням коливального контура. Простіше керування змінами Ia1/. Здійснюється зміною Ua, Ug1, Ug2, Ug3. Розглянемо найпростішу схему.

Рис.1. Схема амплітудної модуляції керуванням зміщенням на керуючій сітці.

На керуючу сітку від попереднього каскаду подається збуджуюча напруга Ugcosωt з постійною амплітудою Ug. Крім постійного зміщення Eg в це коло вводиться змінна напруга UgcosΩt, джерелом якої є вторинна обмотка модуляційного трансформатора. В анодне коло генератора, що працює з відсічкою анодного струму, ввімкнений контур, налагоджений на частоту підсилюваних коливань, з незмінним опором Roe. При відсутності модуляції, коли UΩ=0 і зміщення на сітці лампи рівне E, амплітуди струмів і напруг Iа1н, Ікн,Uкн, Uан, діючі в її анодному колі, залишаються постійними і характеризують режим несучих коливань (рис.2).

Рис. 2. Графіки, що пояснюють принцип амплітудної модуляції.

При наявності модулюючої напруги сіткове зміщення змінюється по закону передавайомого сигналу. У випадку гармонічного модулюючого сигналу результуюче зміщення

на сітці лампи

Eg рез=E+UΩt

Напруга на екрануючій сітці Eg2, аноді Ea і амплітуда збудження Ug залишаються незмінними. Зміна результуючого зміщення Eg рез від Egмін до Egмакс викликає переміщення робочої точки на динамічній характеристиці лампи. Це приводить до відповідної зміни висоти імпульсів анодного струму, кута відсічки, а значить і амплітуди першої гармоніки Ia1 струму модулююмого генератора. Процес модуляції пояснюється рис.2в і г. Початковому зміщенню Egп відповідає імпульс анодного струму ia макс I з кутом відсічки Θн Зміна зміщення до величини Eg мін зменшує імпульс

анодного струму до величини ia макс II, а кут відсічки - до Θмін і т.д. При цьому змінюється і амплітуда струму першої гармоніки, що залежить від висоти

імпульсу ia макс і кута відсічки:

Ia11ia макс1SUg(1-cosΘ).

Імпульси анодного струму збільшуються і зменшуються з частотою модулюючої напруги (в розгляненому випадку із звуковою). По цьому же закону змінюється амплітуда струму першої гармоніки Ia1, а значить, і струм

Ik в контурі генератора. Останній має вигляд

Ik=Ia1SQR(Roe/r)

де r – повний активний опір контура з врахуванням опору, що вноситься зовнішнім навантаженням генератора – вхідним колом наступного каскаду або колом антени (в випадку вихідного каскаду).

Розглянемо питання про вибір режиму роботи генератора для отримання лінійної залежності між першою гармонікою струму та модолюючою напругою uΩ. Для цього статична модуляційна , що визначається залежністю Ia1=f(Eg рез), в цьому випадку повинна бути лыныйною, тобто струм Ia1 повинний змінюваться пропорційно зміщенню, лінійно зв’язаному з модулюючою напругою. Це можливо тільки в недонапруженому режимі генератора, тому що в перенапруженому режимі імпульс анодного струму спотворюється і пропорційність між змінюющимися зміщенням Eg рез і першою гармонікою порушується.

Рис. 3. Вплив зміни напруги зміщення на режим генератора і хід статичної модуляційної характеристики.

На рис.3. показані імпульси анодного струму при чотирох значеннях напруги зміщення, кута відсічки, а відповідно і першої гармоніки струму:

1.EgI=Eg-Ug В цьому випадку Ia=0 i Θ=0.

2.EgII< EgI/ З’являються імпульси анодного струму з амплітудою ia максII і кутом відсічки ΘII, а також перша гармоніка струму з амплітудою Ia1(II). Режим генератора недонапружений.

3.EgIII=Eg. Анодний струм зростає до величини ia макс III, збільшується ку відсічки (до значення ΘIІI) і амплітуда першої гармоніки ia1(III). Режим генератора залишається недонапруженим, а форма імпульсу анодного стуму – косинусоїдною.

4.EgIV<Eg. Імпульс анодного струму зростає до значення ia макс IV, але в ньому з’являється провал, який свідчить про перехід генератора в перенапружений режим. Кут відсічки анодного струму збільшується до

значення ΘIV.

Подальша зміна Eg в бік додатніх значень приводить до ще більш напруженного режиму, збільшення провалу в імпульсі струму і порушенні лінійної залежності першої гармоніки від результуючої напруги зміщення

Закон зміни першої гармоніки Ia1 і постійної складової Ia0 анодного струму при незмінній напрузі збудження Ug і косинусоїдної форми

імпульу, по суті, визначається характером зміни коефіцієнту розкладу α1 та α0 цього імпульсу, що залежать від кута відсічки Θ або cosΘ. В межах 60о<Θ<120o ця залежність лінійна.

Статичну модуляційну характеристику можна отримати експериментально, змінюючи зміщення на сітці генераторної лампи і вимірюючи відповідні величини струму Ik в контурі, постійної складової

Ia0.

Рис. 4. Графік, що пояснює неможливість амплітудної модуляції в режимі А

Аналіз амплітудно-модульованного коливання

Отримані в результаті модуляції коливань з змінюючимися амплітудами називаються модульованими. Ступінь дії модулюючих коливань на несучу визначає величину зміни амплітуди, або іншими словами глибину модуляції, яка характеризується коефіцієнтом модуляції m.

Рис.5. Модульовані коливання з різними коефіцієнтами модуляції Коефіцієнтом модуляції називається відношення величини найбільшої

зміни амплітуди модульованих коливань I до амплітуди нисучих коливань

Ia1н:

m= I/ Ia1н

Цей вираз справедливий для струму в контурі або антені. Часто в %.

На рис. 5 приведені модульовані коливання з різними коефіціентами модуляції при передачі синусоїдного сигналу. При m=0 модуляція відсутня; при m=0,5 або 50% амплітуда модулюющих коливань UΩII така, що викликає зміну амплітуди високочастотних коливань до половини початкової; при m=1 або 100% амплітуда звукових коливань UΩIІI збільшується вдвічі і відповідно вдвічі збільшуються зміни амплітуди високочастотних коливань. В останніх двох випадках огинаюча модульованних коливань точно відтворює форму сигналу.

При m>1 приріст амплітуди виявляється більшимамплітуди несучих. Виникає перемодуляція.

На рис 6 привеений вигляд модульованих коливань при передачі складного сигналу.

Рис.6. Високочастотні коливання, модульовані складним сигналом

Амплітудно-модульовані коливання характеризують також коефіціентом модуляції «вверх» m+ i “ вниз” m що відповідає додатньому та від’ємному напівперіодам модулюючої напруги. Це поняття використовується, коли модуляція по тим чи іншим причинам буває несиметричною (рис.7.)

Рис. 7. Модульовані коливання при несиметричній модуляції. Для додатньої напівхвилі модулюючої напруги (модуляція “ вверх”) m+=(Ia1 макс-Ia1 н)/ Ia1 н

Для від’ємної напівхвилі модулюючої напруги (модуляція “ вниз”) m-=( Ia1 н -Ia1 мін)/ Ia1 н= I-/ Ia1 н

де Ia1 макс, Ia1 н, Ia1 мін – максимальна, несуча і мінімальна амплітуди модульованного струму.

При від’ємних піках модуляції коефіціент m- не може бути більше одиниці тому що амплітуда огинаючої не може бути менша нуля. При додатніх піках m+ може бути більшим одиниці. В цьому випадку огинаючої не повторює модулюючий сигнал, тобто виникають нелінійні спотворення.

Коефіціент модуляції залежить тільки від амплітуди модулюючого коливання (наприклад від рівня гучності при передачі мови, музики) На рис.8. показані випадки модуляції сигналами різної частоти (ΩІII).

Рис 8. Графіки, що пояснюють модуляцію коливаннями різної частоти при m1=m2

В обох випадках при рівних амплітудах модулюючої напруги UΩI= UΩII глибина модуляції залишається незмінною.

В відсутність модуляції (m=0) генератор є джерелом високочастотних коливань, описуваних рівнянням, наприклад, для струму в анодному колі: ia1=Ia1cos(ωt+ϕ). При незмінних частоті і фазі коливання початкову фазу можна прийняти ϕ=0. При модуляціі сигналом F отримаемо, рівного

Ia1=Ia1н+ IcosΩt

де I- максимальний приріст амплітуди високочастотних коливань при модуляції .

Високочастотний струм в анодному колі, контурі чи антені змінюється

по закону:

 

ia1=(Ia1н+ IcosΩt)cosωt= Ia1н(1+(

I/ Ia1н) cosΩt) cosωt

Так як I/ Ia1н=m отримаємо:

 

ia1=Ia1н(1+mcosΩt)cosωt

(1)

Це рівняння описує амплітудно-модульоване коливання при модуляції одним тоном з частотою F=Ω/2π. Вираз Ia1н(1+mcosΩt) представляє собою закон зміни амплітуди. При cosΩt=±1 амплітуда приймає максимальне

ia1 макс= Ia1н(1+m)

і мінімальне

ia1 мін= Ia1н(1-m)

значення.

Розкриваючи дужки в (1) і виконуючи тригонометричні перетворення отримаємо:

ia1=Ia1нcosωt+1/2 mIa1нcos(ω+Ω)t+1/2 mIa1нcos(ω-Ω)t

З цього виразу слідує, що амплітудно-модульоване коливання при модуляції одним тоном можна представити у вигляді суми трьох високочастотних коливань: несучого і двох бокових.

Амплітуда несучого коливання незмінна, а амплітуда бокових залежить від m і при m-0,5 складає, а при m=1 - 0,5 Ia1н

При модуляції складним коливанням, що розкладається на косинусоїдні складові зручно отримане високочастотне коливання представляти у вигляді спектральних діаграм (рис. 9)

Рис.9. Спектральні діаграми модуляції:

а) гармонічним сигналом; б) складним сигналом.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке Генерування і формування сигналів