13036

Исследование процессов амплитудной модуляции и детектирования амплитудно-модулированных колебаний

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лабораторная работа № 11. Цель работы: исследование процессов амплитудной модуляции и детектирования амплитудно-модулированных колебаний; знакомство со схемами простого радио-передающего и радиоприемного устройств. Приборы: 1. Испытательная панель лаб...

Русский

2013-05-07

208 KB

29 чел.

Лабораторная работа № 11.

      Цель работы: исследование процессов амплитудной модуляции и детектирования амплитудно-модулированных колебаний; знакомство со схемами простого радиопереда-ющего и радиоприемного устройств.

       Приборы: 1. Испытательная панель лабораторного стенда.

                          2. Осциллограф.

Теоретическое введение.

        Напомним, что радиотехника – наука об электромагнитных колебаниях ( с частота-ми от 3 Гц до 3000 ГГц) и волнах (длина волн при распространении в вакууме от 100 тыс. км до ОД мм), методах их генерирования, усиления. излучения и приема. Кроме того, эта отрасль техники, осуществляющая применение таких колебаний и волн для передачи ин- формации в радиосвязи, радиовещании, телевидении, радиолокации, радионавигации.

         Рассмотрим структурные схемы передающего и приемного устройств (связных и радиовещательных), показанных на 11.1 и 11.2.

 

            11.1 Структурная схема радиопередающего устройства.

            11.2 Структурная схема радиоприемного устройства.

            На структурной схеме передающего устройства (11.1) показан модулятор, с помо-

щью которого радиочастотное колебание модулируется. Различают три основных вида молуляции: фазовую, частотную и амплитудную.

            В приемном устройстве особую роль играет детектор. Детектированием называ- ют процесс, обратный модуляции. При детектировании радиочастотного модулированно-го колебания выделяется исходное модулирующее колебание.

                Высокочастотные колебания, при помощи которых передается информация, за-ложенная в них при помощи низкочастотных колебаний, получили название несущих ко-лебаний.

Модуляция.

                Модуляция высокочастотного колебания осуществляется в устройствах, кото- рые называются модуляторами. На вход модулятора подается модулируемое (несущее) ко-лебание высокой частоты

                                                                                           (11.1)

и управляющее (модулирующее) колебание

                                                           (11.2)

                   Обычно частота модулируемого колебания  значительно больше частоты  управляющих колебаний  т. е. .

                    На выходе модулятора получают колебание, модулированное по амплитуде, частототе, или фазе, спектр которого отличается от спектра колебания на входе.

Амплитудная модуляция.

                     Как известно, АМ колебание записывается в виде

                              (11.3)   

                     Из выражений (11.1) – (11.3) видно, что для получения колебания, модулиро- ванного по амплитуде, необходимо осуществить перемножение высокочастотного и низ-кочастотного колебаний. Эта операция осуществляется в модуляторе (перемножителе), который является либо нелинейной системой, либо системой с переменными параметра- ми.

                     В выходной цепи модулятора протекает ток, спектр которого содержит соста- вляющие, среди которых присутствует несущее и боковые АМ колебания. С помощью по-лосового фильтра (обычно резонансный контур или система связанных контуров) из всего спектра частот выделяются эти полезные составлявющие.

                      Учитывая, что фильтр выделяет малый участок спектра, расположенный  во-круг несущей, можно заменить выходную цепь модулятора схемой замещения, справели- вой для несущей частоты . Схема замещения (11.3) состоит из генератора тока частоты  с модулированной амплитудой  и внутреннего сопротивления по первой гармо- нике .

                 

         11.3 Схема замещения.

                       При модуляции могут возникать частотные и нелинейные искажения. Часто- тные искажения обусловлены непостоянством амплитудно-частотной и нелинейностью фазочастотной характеристик фильтра в диапазоне частот, занимаемом АМ колебаниями.

Модуляционная характеристика.

                       Модуляционной характеристикой называют зависимость амплитуды выход- ного модулированного напряжения от мгновенного значения модулирующего напряжения .

                       Для модуляции без нелинейных искажений необходимо, чтобы модуляцион-  ная характеристика была линейна. Модуляционная характеристика линейна, если амплитуда первой гармоники тока пропорциональна мгновенному значению модулирую-

щего колебания , где и сопротивление по первой гармонике  посто-

янно: .

                        Когда выходное сопротивление  постоянно или много больше сопроти- вления фильтра, амплитуда напряжения  пропорциональна амплитуде тока . Тог- да модуляционной характеристикой можно считать зависимость амплитуды первой гармо-ники тока  в схеме замещения (11.3) от мгновенного значения модулирующего нап-

ряжения .

Детектирование. Преобразование частоты.

                            Детектированием называют процесс восстановления модулирующего на-

пряжения из модулированных колебаний, т. е. процесс обратный модуляции. В зависимос- ти от вида модуляции напряжение на выходе детектора должно воспроизводить закон из-

менения амплимтуды, частоты или фазы детектируемого сигнала. Детектирование сопро-

вождается преобразованием спектра, которое заключается в создании частот  содержащихся в спектре входного модулированного колебания. Поэтому для детектирова- ния необходимо применять нелинейную систему или линейную систему с переменными параметрами, а также фильтр, выделяющий необходимые частоты спектра.

                             Преобразование частоты представляет собой процесс переноса спектра модулированных колебаний из одной области частот в другую без изменения структуры сигнала. Этот процесс осуществляется в нелинейной системе или линейной с переменны-

ми параметрами.

Детектирование амплитудно-модулированных колебаний.

                             При детектировании АМ колебаний (11.4,а) необходимо получить коле- бания (11.4,б), совпадающие по форме с огибающей АМ колебаний. Иными словами, из спектра АМ колебаний (11.5,а), состоящего из несущей и боковых, сдвинутых относитель-

но несущей  на модулирующие частоты , необходимо получить модулирующие частоты  (11.5,б).

  
      11.4,а) Детектирование АМ колебаний; б) Колебания, совпадающие по форме с огиба-

                 ющей АМ колебаний.

        11.5,а) Спектр АМ колебаний; б) Модулирующие частоты.

                       Любой детектор АМ колебаний содержит элемент, где происходит преобра-

зование спектра, и фильтр нижних частот, который выделяет требуемый спектр. Элемен-

том, в котором осуществляется преобразование спектра, может быть как управляемое (транзистор, триод, пентод), так и неуправляемое (диод) нелинейное сопротивление, или линейное сопротивление, или линейное сопротивление с переменными параметрами.

                      Фильтр нижних частот выделяет все составляющие продетектированного си-

гнала () и не пропускает высокочастотные составляющие.

                      В качестве фильтра нижних частот чаще всего применяется RC-цепочка, па-

раметры которой выбираются так, чтобы выполнялись неравенства:

                                                                                                              (11.4)

                     (11.5)

где -  максимальная частота модулирующего колебания;  - несущая частота.

                  При выполнении неравенства 11.4 частотные искажения отсутствуют. При вы- полнении неравенства 11.5 выходное напряжение не содержит высокочастотной составля- ющей.

                  Зависимость выходного напряжения  от амплитуды высокочастотного нап-

ряжения  на входе детектора называется характеристикой детектирования: .

Диодное детектирование.

                  Детектирование, где преобразующим элементом служит диод называется диод-

ным. Особенностью диодных детекторов является наличие обратной связи, когда напря-

жение смещения на диоде создается за счет продетектированного напряжения.

                 По способу включения различают схемы последовательного и параллельного диодного детектора. Принцип работы обеих схем почти одинаков. Рассмотрим работу по-

следовательной схемы диодного детектора.

                 Последовательная схема диодного детектора применяется в том случае, когда входное напряжение не содержит постоянной составляющей. Последовательная схема де-

тектора (11.6) состоит из диода , включенного последовательно с нагрузкой , которая зашунтирована конденсатором . Продетектированное напряжение  снимается с -цепи.

                   Пусть на последовательный диодный детектор действует немодулированное высокочастотное напряжение . В первый момент, во время положительного по- лупериода входного напряжения диод открыт и через него протекает ток , заряжающий конденсатор  с постоянной времени , где  - сопротивление открытого диода. Когда напряжение на конденсаторе больше мгновенного значения вход- ного напряжения, диод закрыт, ток через диод не проходит, и конденсатор  разряжается током , протекающим через резистор . Постоянная времени разряда .

             11.6 Последовательная схема детектора.

               

                    После окончания переходного процесса в схеме установится режим, при кото- ром среднее значение тока диода  равно среднему значению тока  равно среднему зна- чению тока .

                    Параметры схемы диодного детектора выбираются так, чтобы выполнялось условие . При этом напряжение  почти не содержит высокочастотной сос-

тавляющей. При детектировании напряжения с постоянной амплитудой  считаем пос-

тоянным.

                     Напряжение , приложенное к диоду, складывается из напряжения на входе  и напряжения : . При аппроксимации вольт- амперной характери- стики диода двумя отрезками прямых постоянная составляющая тока:

                                                                                                    (11.6)

где угол , определяется из выражения:

                      .                                                                                              (11.7)

Из равенств (11.6) и (11.7) следует, что:

                                                                                                                    (11.8)

                      Коэффициент передачи диодного детектора , определяемый как отноше-

ние постоянного напряжения  к амплитуде входного высокочастотного напряжения  равен:

                                                                                                              (11.9)

                     Обычно . При этом коэффициент передачи детектора лежит в преде-

лах от 0,9 до 1.

                     Основным недостатком диодного детектора является его сравнительно низ- кое входное сопротивление, шунтирующее резонансный контур, к которому подключает- ся вход детектора. На контуре имеется напряжение только первой гармоники, поэтому из всех гармоник тока, протекающих в детекторе, только первая гармоника отбирает мощ –ность из контура.

Принимающие и передающие устройства.

                        На вход приемника поступает ряд модулированных сигналов передающих станций. Каждая станция имеет свою несущую частоту  (11.7). В радиоприемнике до- лжно осущуствляться выделение и усиление сигнала лишь одной принимаемой станции. В приемниках прямого усиления для перехода с приема одной программы к приему другой необходимо перестраивать резонансные контуры всех резонансных усилителей на несу-щую частоту новой программы. Это усложняет конструкцию входных цепей приемника. Кроме того, на высоких частотах трудно обеспечить усиление и требуемую избиратель- ность резонансных усилителей.

              11.7 Несущие частоты различных станций.

                   Эти недостатки устранены в супергетеродинных приемниках. На входе супер-

гетеродинного приемника после усиления колебания высокой частоты находится блок преобразователя частоты ПЧ (11.8), который состоит из перестраиваемого генератора  гармонических колебаний  и смесителя , в котором смешиваются напряжения гетеродина и входного сигнала, поступающего с антенны. Да-лее располагается усилитель промежуточной частоты УПЧ, состоящий из ряда резонанс-

ных усилителей, настроенных на фиксированную промежуточную частоту. УПЧ выделяет и усиливает только фиксированную полосу частот .

          11.8 Блок преобразователя частоты ПЧ.

                   При приеме программы с несущей частотой , осуществляется преобразова-ние частоты, в результате которого спектр принимаемой программы преобразуется в спектр такого же модулированного колебания, но с несущей частотой, равной промежуто-

чной частоте УПЧ. Для приема другой программы достаточно так изменить частоту гете-

родина , чтобы в полосу пропускания УПЧ попадал преобразованный спектр новой программы. Преобразователи частоты широко применяют также в измерительной техни-

ке.

                  При преобразовании частоты могут возникать частотные и нелинейные иска-

жения. Частотные искажения обусловлены неравномерностью частотной характеристики преобразователя в диапазоне частот, занимаемом спектром преобразованного сигнала. Для их устранения необходимо, чтобы фильтр УПЧ имел постоянный коэффициент усиле-ния в диапазоне частот, занимаемом спектром преобразованного сигнала.

                  Нелинейные искажения при преобразовании АМ сигнала обусловлены появле- нием в спектре преобразованного сигнала лишних частотных составляющих и проявляют- ся в том, что огибающая преобразованного сигнала отличается по форме от огибающей входного сигнала.

                  В смесителе осуществляется преобразование спектра, в результате чего созда- ются новые частоты. Следовательно, смеситель должен быть или нелинейной системой, или линейной системой с переменными параметрами. Возможны два режима работы сме-сителя:

                 1) режим нелинейного преобразования, когда входное напряжение и напряже- ние гетеродина  достаточно велики и необходимо учитывать нелинейность характерис- тики . Смеситель в этом случае является нелинейной системой;

                 2) режим линейного преобразования, когда действует большое напряжение ге- теродина  и малое напряжение входного сигнала .

                 По отношению к малому входному сигналу смеситель может рассматриваться как линейная схема с переменными параметрами. Применяются различные схемы смеси- телей. Ниже рассмотрена схема смесителя на полевом транзисторе (11.9).

                11.9 Схема смесителя на полевом транзисторе.

Контрольные вопросы.

  1.  В чем заключается модуляция гармонического колебания? Какие виды модуляции вы знаете?
  2.  Нарисуйте и поясните схему замещения амплитудного модулятора.
  3.  Что называется модуляциионной характеристикой.
  4.  Что такое детектирование? В каких системах можно осуществить детектирование?
  5.  Каково назначение амплитудного детектора?
  6.  Изобразите схему последовательного диодного детектора и поясните принцип его работы.
  7.  В чем преимущество гетеродинного приемника?
  8.  Смеситель. Режимы его работы.

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

                       

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11.

Получение и детектирование амплитудно-модулированного сигнала.

                               

                                                                                                                       Выполнил:

Ашихмина А.И.  

                                                                                                                      Проверил:

                                                                                                                         Гущин А.Н. 

Астрахань 2006

Списки учащихся СОШ №54:

Врач: Ячменева О. А.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64848. ТЕЛЕБАЧЕННЯ В СИСТЕМІ ЗМІ 40.5 KB
  Особливості технічного постачання телевізійного сигналу ефірне телебачення кабельні мережі супутникові телеканали. Телебачення як об’єкт культурології та соціології.
64849. ІНФОРМАЦІЙНІ ПРОГРАМИ НА ТЕЛЕБАЧЕННІ 43 KB
  Виробництво телевізійного сюжету Мова та стиль інформаційної програми. Єдність усіх журналістських матеріалів які утворюють цілісну структуру складеного інформаційного тексту програми є вищим рівнем професійної майстерності журналістів.
64850. ЖУРНАЛІСТСЬКЕ РОЗСЛІДУВАННЯ НА ТЕЛЕБАЧЕННІ 43.5 KB
  Технологія розслідування: методи етапи. Умови реалізації журналістського розслідування: доступ до джерел інформації правові та етичні обмеження безпека журналістів Журналістські розслідування англ. Журналістське розслідування не просто відповідає на запитання...
64851. ПОЛИТИЧЕСКИЕ ПАРТИИ И ПАРТИЙНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН 83 KB
  В структуру политической организации входит: государство партии иные общественные организации выражающие интересы доминирующих классов партии и иные организации классов которые противостоят правящим слоям общества важнейшим элементом являются политические партии.
64852. КОНСТИТУЦИОННО-ПРАВОВОВЙ СТАТУС ЧЕЛОВЕКА И ГРАЖДАНИНА В ЗС 95 KB
  В науке КП для обозначения правового положения личности установленного нормами законодательства принято использовать следующие термины: основы правового статуса человека и гражданина; конституционно-правовой статус человека и гражданина.
64853. ФОРМЫ ГОСУДАРСТВА В ЗС 126 KB
  Форма государства совокупность внешних признаков организации и осуществление государственной власти. Форма государства включает в себя 3 стороны организации государственной власти: форма правления форма государственного устройства политический режим историческая практика свидетельствует...
64854. ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ПРАВО И ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН 120 KB
  Избирательное право и избирательная система связана с формированием органов государственной власти и ОМС. в объективном смысле это система юридических норм регулирующих порядок формирования выборных государственных органов...
64855. ГЛАВА ГОСУДАРСТВА 100 KB
  Центральные высшие действуют от имени всего государства и осуществляют свои полномочия свои полномочия на территории соответствующих административно-территориальных единиц. Большинство современных конституций в той или иной форме производят принцип разделения властей...
64856. ПАРЛАМЕНТ В ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАНАХ 69 KB
  Парламент в системе высших органов государственной власти порядок формирования и структура парламента правовое положение депутата полномочия парламента законодательный процесс Однако реализация полномочия Парламента не всегда соответствуют его правовому статусу.