ЗДІЙСНЕННЯ АМПЛІТУДНОЇ МОДУЛЯЦІЇ.. Методичні вказівки до лабораторної роботи з Сигнали та процеси в радіоелектроніці. Робота № 400658

Перехід до торгівельного партнера Binance

ЗДІЙСНЕННЯ АМПЛІТУДНОЇ МОДУЛЯЦІЇ.

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Кафедра теоретичної радіотехніки та радіовимірювання (ТРР)

Інформація про роботу

Рік:

2003

Тип роботи:

Методичні вказівки до лабораторної роботи

Предмет:

Сигнали та процеси в радіоелектроніці

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” Кафедра теоретичної радіотехніки і радіовимірювань Здійснення амплітудної модуляції Методичні вказівки до лабораторної роботи № 11 з предмету “Сигнали та процеси в радіоелектроніці” для студентів базового напряму “Радіотехніка” ЗАТВЕРДЖЕНО на засіданні кафедри “Теоретична радіотехніка та радіовимірювання” Протокол № 5 від 30 грудня 2003 р. Львів 2003 Здійснення амплітудної модуляції. Методичні вказівки до лабораторної роботи № 11 з предмету “Сигнали та процеси в радіоелектроніці” для студентів базового напряму “Радіотехніка” /Упорядники: Желяк Р.І., Мелень М.В.- Львів: НУ ЛП, 2003. - с. 14. Упорядники: Желяк Р.І., доц., канд. техн. наук, Мелень М.В., доц., канд. техн. наук. Рецензенти: Волочій Б.Ю., доц., канд. техн. наук, Бондарєв А.П., доц., канд. техн. наук. Відповідальний за випуск: Надобко О.В., доц., канд. техн. наук. © Желяк Р.І., Мелень М.В., 2003 1. МЕТА РОБОТИ Метою роботи є вивчення процесу здійснення амплітудної модуляції в нелінійних радіоелектронних колах. 2. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ Аналіз спектральних характеристик сигналів, які утворюються у первинних перетворювачах повідомлень (мікрофоні, телевізійній камері, первинних перетворю-вачах вимірювальних систем тощо) і які є матеріальними носіями інформації, показує, що їх спектральні складові зосереджені в низькочастотному діапазоні, включно з нульовою частотою. Труднощі ефективного випромінювання низькочас-тотних коливань та значне поглинання їх енергії у навколишньому середовищі при поширенні на значні віддалі не дають змоги безпосередньо передавати їх по радіоканалу. Розв'язання цієї проблеми забезпечується зміщенням низькочастотного спектра повідомлень у діапазон більш високих частот, для яких умови випромінювання в навколишнiй простiр з допомогою передавальних антен та поширення на великi вiддалi у виглядi радiохвиль є сприятливі. Для того вибирають регулярне (детер-міноване) високочастотне коливання, котре використовують як переносник низько-частотного спектра повідомлень. З цiєї причини їх називають несучим коли-ванням або переносником. Несуче коливання характеризується відповідними параметрами pі, які визна-чають його форму та характер зміни в часі: sнес(t) = f(p1, p2 ,..., pn). Зміна хоча б од-ного з параметрів pі відповідно до зміни повідомлення надає несучому коливанню властивість переносити в собі інформацію про повідомлення. Згаданий процес зміни одного або кількох параметрів несучого коливання за законом зміни низькочастот-ного повідомлення називають модуляцією, а повідомлення називають модулю-ючим (або керуючим) сигналом. У ролі несучого коливання звичайно використовують періодичні коливання (неперервні або імпульсні), які мають дискретний (лінійчастий) спектр. Найпрос-тішим несучим коливанням є гармонічне коливання: sнес(t) = Amcos(нt + н). (1) Це коливання визначають три параметри: амплітуда Am, початкова фаза н та частота SYMBOL 119 \f "Symbol" \s 14wн несучого коливання. АМ-сигнал утворюється при зміні амплітуди несучого коливання пропорційно до модулюючого сигналу: Am(t) = Аmн + ku(t), (2) де Аmн - амплітуда несучого (немодульованого) коливання; k - коефіцієнт пропор-ційності; u(t) - модулюючий (керуючий) сигнал. Повна фаза АМ-сигналу змінюється у часі так, як і повна фаза несучого коливання, тобто за лінійним законом: EMBED Equation.3 . (3) Отже, ММ АМ-сигналу записуємо у вигляді: EMBED Equation.3 (4, a) або з урахуванням (2) EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (4, б) Із виразів (4, а, б) бачимо, що АМ-сигнал є добутком обгинаючої Аm(t) і високо-частотного коливання EMBED Equation.3 . EMBED Visio.Drawing.5 Рис. 1. Осцилограми модулюючого сигналу (а), обгинаючої амплітуди (б) та АМ-сигналів при різних значеннях коефіцієнта модуляції (в, г). На рис. 1, а зображено приклад модулюючого сигналу u(t), на рис. 1, б – обгина-ючу амплітуди Аm(t), на рис. 1, в - АМ-сигнал при SYMBOL 189 \f "Symbol" \s 14Ѕku(t)SYMBOL 189 \f "Symbol" \s 14Ѕmax < Amн, а на рис. 1, г - при SYMBOL 189 \f "Symbol" \s 14Ѕku(t)SYMBOL 189 \f "Symbol" \s 14Ѕmax > Amн. Із рис. 1 бачимо, що між миттєвими значеннями модулюючого сигналу u(t) та обгинаючої Аm(t) за умови, що SYMBOL 189 \f "Symbol" \s 14Ѕku(t)SYMBOL 189 \f "Symbol" \s 14Ѕmax<Amн, існує однозначний пропорційний зв'язок. При невиконанні вказаної умови форми обгинаючої та модулюючого коливання не збігаються (рис. 1, г) - виникає небажане явище спотворення обги-наючої АМ-сигналу. У найпростішому випадку однотональної модуляції модулюючий сигнал є гар- монічним коливанням з частотою SYMBOL 87 \f "Symbol" \s 14W << SYMBOL 119 \f "Symbol" \s 14wн та початковою фазою Ф, тобто: kSYMBOL 215 \f "Symbol" \s 14Чu(t) = Ucos(SYMBOL 87 \f "Symbol" \s 14Wt+Ф). Для цього випадку ММ АМ-сигналу можна записати: EMBED Equation.3 . (5) Відношення М = U /Amн називають коефіцієнтом модуляції. Для здійснення модуляції без спотворень потрібно, щоб коефіцієнт модуляції задовольняв умову 0 SYMBOL 163 \f "Symbol" \s 14Ј M SYMBOL 163 \f "Symbol" \s 14Ј 1. При цьому амплітуда коливання змінюється у межах від мінімальної величини Amin = Amн(1–M) до максимальної Amax = Amн(1+M). Коефіцієнт модуляції можна також визначити через Amax та Amin: M = (Amax – Amin) / (Amax + Amin). (6) Такий спосіб визначення значення М часто використовують на практиці, коли наявна осцилограма АМ-сигналу. У більш загальному випадку, коли модулююче коливання складається з N гармонічних складових, тобто EMBED Equation.3 MM модульованого коливання записуємо у вигляді: EMBED Equation.3 (7) В отриманому виразі величини Mi=Ui/Amн називають парціальними (частин-ними) коефіцієнтами модуляції. Вони характеризують вплив окремих складових багатотонального коливання з частотами SYMBOL 87 \f "Symbol" \s 14W1, SYMBOL 87 \f "Symbol" \s 14W2, ... , SYMBOL 87 \f "Symbol" \s 14WN на загальну зміну амплітуди модульованого коливання. Коливання, описане виразом (7), називають складно-модульованим. Коливання (5) є частинним випадком складно-модульованого коливання при N = 1. З математичної моделі АМ коливання (5) та (7) випливає що спектр АМ коли-коливання (рис. 2) складається з несучого коливання та суми коливань з комбі-наційними частотами, які утворюються в результаті перемноження модулюючого коливання на несуче коливання. Отже структурна схема аналогового пристрою, який здійснює амплітудну модуляцію повинна складатись з перемножувача і суматора сигналів (рис. 2, б). Проте простіше цей процес можна здійснити в нелінійних колах. Справді, розглядаючи спектральний склад сигналу на виході нелінійного перетворювача сигналу (НП), амплітудно-передавальна характеристика (АПХ) якого описується поліномом 3-го степеня EMBED Equation.3, (8) EMBED Visio.Drawing.4 Рис. 2. Спектр складно-модульованого АМ коливання – а) та структурна схема амплітудного модулятора – б). отримуємо, що спектр сигналу на виході НП при дії на його вході напруги EMBED Equation.3 (бігармонічній дії) описується виразом: EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (9) EMBED Equation.3 З виразу (9) випливає, що в спектрі сигналу на виході перетворювача крім постійної складової і коливань з кратними частотами вхідних сигналів ( EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 ) присутні коливання з комбінаційними частотами ( EMBED Equation.3 ), де EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 - цілі числа і EMBED Equation.3 не перевищує степінь полінома, який описує АПХ нелінійного перетво-рювача. Отже вибираючи смуговим фільтром із спектра сигналу (рис. 3) спектральні складові з частотами EMBED Equation.3 та EMBED Equation.3 (амплітуди цих складових спектра у виразі (9) охоплені фігурними дужками) можемо в нелінійному колі здійснити процес одно-тональної амплітудної модуляції. Згаданий процес реалізує структурна схема амплітудного модулятора, яка зображена на рис. 4, а. На рис. 4, б показано один з можливих варіантів реалізації амплітудного модулятора. В зображеній схемі, яку називають резонансним підси-лювачем, польовий транзистор виконує функцію нелінійного перетворювача сигна-лу, а коливальний контур – смугового фільтра. Рис. 3. Спектральні діаграми сигналу на вході нелінійного перетворювача – а), на виході нелінійного перетворювача – б) та відфільтровані смуговим фільтром – г). АЧХ смугового фільтра показана штриховою лінією. EMBED Visio.Drawing.4 Рис. 4. Cтруктурна схема амплітудного модулятора на нелінійному колі – а) та принципова схема амплітудного модулятора на польовому транзисторі – б). В схемі рис. 4, б на затвор польового транзистора подається сума низькочастот-ного модулюючого і високочастотного несучого коливання. При цьому низькочас-тотне модулююче коливання періодично зміщує робочу точку польового транзис-тора і тим самим змінює крутість АПХ транзистора. Внаслідок цього високочастот- не несуче коливання, яке подається на коливальний контур з витоку транзистора буде змінювати свою амплітуду пропорційно інтенсивності модулюючого коливан-ня. Якщо коливальний контур настроїти на частоту несучого коливання, то його опір буде значним лише для несучого коливання і комбінаційних складових, які попадають в смугу пропускання контура. Інші складові, які утворюються на виході польового транзистора будуть знаходитись поза смугою пропускання коливального контура і їх вклад у формування вихідного сигналу буде незначний. Тому на виході резонансного підсилювача (в даному випадку амплітудного модулятора) отримуємо АМ сигнал. На рис. 5 зображені часові залежності сигналів (осцилограми), які ілюструють процес амплітудної модуляції зміщенням. EMBED Visio.Drawing.6 Рис. 5. Часові залежності сигналів в амплітудному модуляторі на польовому транзисторі. З виразу (9) випливає, що необхідною умовою здійснення процесу модуляції є наявність лінійної та квадратичної ділянки залежності АПХ нелінійного перетворю-вача. Іншими словами, робочу точку на АПХ нелінійного перетворювача потрібно вибирати так, щоб коефіцієнти EMBED Equation.3 та EMBED Equation.3рівняння (8) не були рівними нулю. Основною характеристикою амплітудного модулятора є модуляційна характе-ристика. Під нею розуміють залежність амплідуди несучого коливання на виході модулятора EMBED Equation.3 від напруги зміщення при сталій амплітуді несучого коливання на вході модулятора EMBED Equation.3 . З рівняння (9) випливає, що у даному випадку вона описується виразом: EMBED Equation.3. (10) Як видно з рисунку, амплітуда несучого коливання на виході модулятора буде пропорційною лише в певному діапазоні зміни напруги зміщення. Тому для забезпе- чення модуляції без спотворень постійне значення напруги зміщення потрібно вибирати на лінійній ділянці модуляційної характеристики (рис. 6) так, щоб виконувалась умова EMBED Equation.3 . При цьому допустимий коефіцієнт модуляції без спотворень буде дорівнювати: EMBED Equation.3 . (11) Рис. 6. Модуляційна характерис-тика. На закінчення зауважимо, що коефі-цієнт модуляції також залежить від час-тоти модулюючого сигналу. Це викликано тим, що АЧХ смугового фільтра є нерівно-мірною в смузі пропускання (див. рис. 3, б). Зменшення значення коефіцієнта моду-ляції із ростом частоти модулюючого сиг-налу оцінюється виразом: EMBED Equation.3, (12) де EMBED Equation.3 - добротність резонансного контура. Внаслідок цього у випадку дії на модуля-тор складного модулюючого сигналу виникають частотні спотворення, оскільки співвідношення між амплітудами спектральних складових на вході і виході модуля-тора будуть порушуватись. 3. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ З якою метою застосовують модульовані сигнали? Як записують математичну модель амплітудно-модульованого сигналу при однотональній модуляції? Як записують математичну модель амплітудно-модульованого сигналу при багатотональній модуляції? Як експериментально визначають значення коефіцієнта модуляції? Зобразіть структурно-функціональну схему лінійних та нелінійних пристроїв, які здійснюють амплітудну модуляцію. Поясніть принцип здійснення АМ коливань в нелінійному колі. Яким буде спектр сигналу на виході нелінійного перетворювача при дії на його вході бігармонічної напруги? Що називають модуляційною характеристикою? Як вибирають режим роботи амплітудного модулятора? Поясніть причину залежності коефіцієнта модуляції амплітудного модуля-тора від частоти модулюючого коливання. 4. РОЗРАХУНКОВЕ ЗАВДАННЯ Апроксимувати поліномом третього степеня та визначити коефіцієнти апроксимації а0, а1, а2 і а3 АПХ нелінійного перетворювача, яка задається студентам викладачем у вигляді графіка.. Розрахувати в загальному вигляді та визначити амплітуди окремих складових спектра сигналу на виході нелінійного перетворювача при дії на його вході сигналу EMBED Equation.3. Значення зміщення U0 та амплітуд коливань EMBED Equation.3 і частот EMBED Equation.30 задаються викладачем окремо для кожної бригади. Результати розрахунків представити графічно у вигляді спектральної діаграми. Вважаючи, що значення допустимого коефіцієнта модуляції амплітудного модулятора дорівнює 1 визначити та представити графічно залежність коефіцієнта модуляції модулятора від частоти модулюючого сигналу EMBED Equation.3. Значення зміщення добротності EMBED Equation.3 коливального контура задаються викладачем окремо для кожної бригади. 5. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА Експериментальна частина передбачає лабораторну перевірку результатів прове-дених теоретичних розрахунків спектра сигналу на виході нелінійного перетворю-вача при дії на його вході бігармонічного сигналу, а також визначення модуляційної характеристики модулятора і частотної залежності коефіцієнта модуляції АМ коливання. Експериментальні дослідження проводяться на лабораторному макеті “Неліній-не перетворення сигналів”, передня панель якого показана на рис. 7. Для проведення експерименту потрібно: 1. Встановити на виході генератора високочастотних коливань задану амплі-туду та частоту несучого сигналу і подати його на вхід UВХ1. Значення амплітуди високочастотних коливань контролювати на вході нелінійного перетворювача “НП” (клема КТ1) за допомогою вольтметра змінного струму. 2. Зняти модуляційну характеристику амплітудного модулятора. Для цього потрібно під’єднати до клеми UВИХ1 селективний вольтметр і змінюючи за допомогою потенціометра U0 значення постійної складової напруги на вході нелінійного перетворювача “НП” виміряти амплітуду несучого коливання на виході нелінійного перетворювача (клема UВИХ1). Результати вимірювань занести в таблицю 1. Значення величини постійної складової напруги контролюйте на клемі КТ1 за допомогою вольтметра постійного струму. Зміну значення постійної складової напруги U0 сповільнюйте в межах нелі- нійної ділянки характеристики. EMBED Visio.Drawing.6 Таблиця 1 Рис. 7. Передня панель лабораторного макета “Нелінійне перетворення сигналів”. 3. За результатами вимірювань визначити значення постійної складової напруги на вході нелінійного перетворювача “НП”, яке відповідає середині модуля-ційної характеристики. 4. За допомогою потенціометра U0 встановити задане значення постійної складової напруги на вході нелінійного перетворювача “НП”. Значення величини напруги контролювати на клемі КТ1 на вході нелінійного перетворювача “НП” за допомогою вольтметра постійного струму. Встановити на виході генератора низькочастотних коливань задану амплі-туду і частоту модулюючого коливання і подати його на вхід UВХ2. Значення амплітуди високочастотних коливань контролювати на вході нелінійного перетворювача “НП” (на клемі КТ1) за допомогою вольтметра змінного стру- му. Перемикач “S1” поставити в положення “UВХ2”. На час контролю генератор високої частоти від клеми UВХ1 потрібно від’єднати. 6. За допомогою осцилографа зняти часові залежності (осцилограми) сигналу на вході (клема КТ1) і виході (клема UВИХ1) нелінійного перетворювача. 7. За допомогою селективного вольтметра виміряти амплітуди спектральних складових сигналу на вході і виході нелінійного перетворювача (клеми КТ1 і UВИХ1 відповідно). Результати вимірювань занести в таблицю 2. Таблиця 2 8. За допомогою осцилографа замалювати часові залежності (осцилограми) сиг-налу на вході (клема U0) і виході (клема Uвих1) нелінійного перетворювача. 9. За допомогою селективного вольтметра виміряти амплітуди спектральних складових сигналу на виході смугового фільтра (клема UВИХ2). Результати вимірювань занести в таблицю 3. Таблиця 3 10. За допомогою осцилографа замалювати часову залежність (осцилограму) АМ- сигналу на виході смугового фільтра (клема UВИХ2). 11. Змінюючи частоту генератора низькочастотних сигналів в діапазоні 20 Гц ... 20 кГц зняти частотну залежність коефіцієнта модуляції АМ коливання. Для цього за допомогою осцилографа потрібно визначати максимальне і мінімальне значення амплітуди АМ коливання в кожній точці частоти модулюючого сигналу. Результати вимірювань занести в таблицю 4. Таблиця 4 6. ЗМІСТ ЗВІТУ Звіт по лабораторній роботі повинен містити назву і мету лабораторної роботи, схему експерименту, результати розрахункових та експериментальних даних, спектральні та часові діаграми сигналів на вході і виході нелінійного перетворювача та смугового фільтра. порівняння отриманих результатів, висновки. 7. ЛІТЕРАТУРА 1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Советское радио, 1986, с. 74 - 81. 2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высш. шк., 1983. - с. 88 - 96. 3. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1982, с.48 - 50. 4. Мандзій Б.А., Желяк Р.І. Основи теорії сигналів. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів України. /за редакцією д-ра техн. наук проф. Б.А. Мандзія. - Львів.: ЛДКФ “Атлас” 2003. - 152 c. Навчальне видання Здійснення амплітудної модуляції Методичні вказівки до лабораторної роботи № 12 з предмету “Сигнали та процеси в радіоелектроніці” для студентів базового напряму “Радіотехніка” Упорядники: Желяк Р.І., Мелень М.В.

Методичні вказівки до лабораторної роботи Сигнали та процеси в радіоелектроніці

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись