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

20160. Приборы для измерения угловых величин. Уровни. Квадранты 480 KB
  Преобразователи угловых перемещений. Преобразователи угловых перемещений. непосредственное измерение углов в угловых величинах по угловым шкалам.
20161. Механические и гидростатические приборы при измерении отклонений от прямолинейности и плоскостности 1.31 MB
  Для более точной оценки просвета используют образец просвета рис. Рис.1 Рис.2 На рис.
20162. Оптико-механические и оптические приборы при измерении отклонений от прямолинейности и плоскостности 393 KB
  При проверке автоколлимационным и коллимационным методами измеряют углы наклона последовательно расположенных участков равных шагу измерения по отношению к исходной прямой заданной оптической осью трубы. Сущность метода визирования заключается в измерении расстояния от проверяемой поверхности до оптической оси зрительной трубы. Визирную ось зрительной трубы устанавливают параллельной прямой проходящей через крайние точки проверяемой поверхности при этом отсчёты в крайних точках должны быть одинаковыми. Этот недостаток можно устранить...
20163. Средства измерения отклонения форм цилиндрических поверхностей 94.5 KB
  К отклонениям формы цилиндрических поверхностей относятся: о отклонение от цилиндричности ; о отклонение от круглости ; = отклонения профиля продольного сечения. f φ 2π = f φ Для анализа отклонения профиля поперечного сечения можно использовать совокупность гармонических составляющих определяемых спектром фазовых углов и спектром амплитуд т. R=f φ х; Для аналитического изображения профиля поперечного сечения пользуются разложением функции погрешностей профиля в ряд Фурье: R0 – R = ∆ = f φ fφ=C0 2 ∑Ck coskφ φ0...
20164. Создание удаленных представлений 827 KB
  При создании системы обработки данных не всегда удается обеспечить их хранение в едином формате. Часто возникает необходимость использования данных из уже работающих приложений ктороые написаны не на VFP. Удаленное представление работает на основе соединения которое используя технологию Open Database Connectivity ODBC описывает условия передачи данных.1 Окно диалога Select connection or Available DataSource В списке перечислены соединения определенные в текущей базе данных.
20165. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОНЕНТ OLE 68 KB
  1 был введен новый метод передачи информации в виде объектов между 16разрядными приложениями основанный на модели Object Linking and Embedding OLE 1. Протокол OLE 2. OLE 2.
20166. ХАРАКТЕРИСТИКА ПАКЕТА VISUAL FOXPRO 94.5 KB
  Теперь Visual FoxPro уже не стоит немного особняком от остальных продуктов Microsoft как это было в версиях 2. Более того Visual FoxPro полностью интегрируется с остальными приложениями Microsoft Office с помощью OLE Automation. Программа написанная на Visual FoxPro сможет полноценно общаться с Microsoft Word Microsoft Excel и любыми другими приложениями поддерживающими OLE 2.
20168. Использование функций WinAPI 32.5 KB
  DECLARE –DLL Регистрирует функцию во внешней 32разрядной библиотеке динамических связей Windows . Чтобы удалить зарегистрированные функции из памяти выдайте команду CLEAR ALL или CLEAR DLLS.