17562

Дослідження методів функціонування модуляторів та демодуляторів

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторна робота №1 з дисципліни: Автоматизоване проектування ТЗЗІ Тема: Дослідження методів функціонування модуляторів та демодуляторів Мета: Вивчити особливості функціювання різноманітних модуляторів та демодуляторів. Теоретичні відомості В зага...

Украинкский

2013-07-04

605.5 KB

3 чел.

Лабораторна робота №1

з дисципліни: «Автоматизоване проектування ТЗЗІ»

Тема: «Дослідження методів функціонування модуляторів та демодуляторів»

Мета: Вивчити особливості функціювання різноманітних модуляторів та демодуляторів.

Теоретичні відомості

В загальному випадку несуче коливання можна представити аналітично:

В цьому виразі амплітуда А(t), фаза φ(t) та частота ω(t) змінюються згідно закону інформаційного сигналу, що передається каналом зв'язку. В залежності від того, який саме параметр змінюється розрізняють, відповідно, амплітудну (АМ), фазову (ФМ) та частотну (ЧМ) модуляції.

При АМ амплітуда несучого коливання являється функцією часу:

А0 – постійна складова, що дорівнює середньому значенню амплітуди несучого коливання: А0=(Аminmax)/2 , де Аmin та Аmax  - мінімальна та максимальна амплітуди несучого коливання, а F(t) – функція часу, підпорядкована тому ж закону, що й інформаційний сигнал – модуляційна функція.

Тут Т0 – період модулюючого сигналу, ТН – період несучого коливання.

У випадку, коли модуляційна функція являє собою гармонічне коливання F(t)=Mcos(Ωt+φ0), аналітичний вигляд коливання для однотональної АМ:

Тут М=ΔА/A0 – коефіцієнт модуляції, який характеризує глибину модуляції, ΔА=Amax-A0 – девіація амплітуди, Amax – максимальне значення амплітуди несучого коливання, Ω та φ0 – частота та фаза модулюючого сигналу, ωН та φН – частота та фаза несучого коливання.

Спектр сигналу для однотональної АМ (рис. 4.1.2) має три складові: центральну, розташовану на частоті ωН та дві бокові, симетричні відносно центральної на Ω.

Для ЧМ за законом інформаційного сигналу змінюється частота несучого коливання. Повна фаза косинуса несучого коливання прямопропорційна інтегралу від інформаційного сигналу:

Тут Δω=ωН – Ω – девіація частоти. Звідси значення коефіцієнта частотної модуляції: mFM=(ωН Ω)/Ω 

У загальному вигляді спектр складається з центральної гармоніки на частоті ωн й бокових смуг гармонік, рознесених одна відносно одної на величину Ω. Амплітуди бокових гармонік не є монотонно спадними й пов'язані складним чином з коефіцієнтом фазової модуляції тфм=(φН – φ0 )/φ0 .

Практичну  ж ширину спектру ЧМ-сигналу можна знайти за формулою:

Для ФМ повна фаза косинуса несучого коливання прямо пропорційна інформаційному сигналу:

Тут Um – амплітуда несучого коливання, Ω та φ0 – частота та фаза модулюючого сигналу, ωН та φН – частота та фаза несучого коливання, тφ= φН – φ0 – девіація фази .

Досліджуючи зміни частоти такою, що несе з ЧМ, є спокуса прийти до висновку про те, що ширина смуги, необхідної для ЧМ-ПЕРЕДАЧИ, складає ±н,  або , оскільки та, що несе міняється по частоті в межах ±н, тобто чмн±н.Этот вивід, проте, повністю помилковий. Може бути показано, що ЧМ-КОЛЕБАНІЯ складаються з тієї, що несе і бічних смуг аналогічно AM з однією лише істотною відмінністю: при ЧМ існує безліч бічних смуг (мал. 5). Амплітуди бічних смуг зв'язані вельми складним чином з індексом модуляції. Відзначимо, що частоти бічних смуг пов'язані лише з частотою модулюючого сигналу м, а не з девіацією частоти н. Для попереднього прикладу, коли =5 і м=15 кГц (максимум), ми отримуємо сім пар смуг (н±м, н±2м, н±3м, і так далі) з амплітудами, що змінюються, але що перевищують значення 0,04Ан. Всі інші пари за межами н±7м мають амплітуди нижче за рівень 0,02Ан.

Перша пара бічних смуг може бути описана як 0,33А[sin(н+м)t+sin(н-м)t] має амплітуду 0,33 Ан; друга пара - н2м - має амплітуду 0,047Ан. Відзначимо, що амплітуди різних бічних смуг не є такими, що монотонно убувають у міру того, як їх частоти все більш і більш віддаляються від н. Фактично в приведеному прикладі з =5 найбільшою по амплітуді (0,4 Ан) є четверта пара бічних смуг. Амплітуди різних бічних смуг отримані із спеціальних таблиць, що описують ці смуги для різних значень . Очевидно, що ширина смуги, необхідна для передачі семи пар бічних смуг, складає ±715 кГц, або 1415 кГц= 210 кГц (для fм=15 кГц). На цьому ж підставі ширина смуги, необхідна для =10 (н/м=10), рівна 26fм; 13 бічних смуг в цьому випадку складуть 2615=390 кГц. Таким чином, частотна модуляція вимагає значної ширини смуги частот і, як наслідок, використовується тільки при тих, що несуть з частотами 100 Мгц і вище.

У випадку ФМ за законом інформаційного сигналу змінюється фаза несучого коливання.

У загальному вигляді спектр складається з центральної гармоніки на частоті ωн й бокових смуг гармонік, рознесених одна відносно одної на величину Ω. Амплітуди бокових гармонік не є монотонно спадними й пов'язані складним чином з коефіцієнтом фазової модуляції тРМ=(φН – φ0 )/φ0 .

Практичну  ж ширину спектру ФМ-сигналу можна знайти за формулою:

Завдання (АМ):

  1.  Изменяя коэффициент модуляции блока Complex в схеме на рис
    убедитесь в справедливости формулы
  2.  Рассчитайте значения ph для модулятора при различных значениях  полученные, результаты проверьте моделированием. Аналогичные операции проделайте применительно к формулам. Путем моделирования установите зависимость соотношения между интенсивностями несущей и боковых частот от коэффициента модуляции. Для отсчета увеличьте (стандартным образом) размер графопостроителя  по вертикали и горизонтали.
  3.  Снимите спектр АМ - сигнала после исключения из схемы квантователя и сравните полученные результаты с приведенными на рис. 5.1.
  4.  Установите зависимость формы спектра и временного смещения восстановленного. AM колебания относительно модулирующего (на выходе Кв) от времени моделирования путем увеличения параметра Impulse Time источника Impulse.
  5.  Проведите испытания амплитудных модуляторов на рис. 5.1 в узкополосном режиме (при Fc = 0). Сравните спектры модулированных сигналов с показанными на рис. 5.1.


1) На малюнку, наведеному нижче значення коефіцієнта модуляції М встановлено в 1. Згідно формули, наведеної в завданні, максимальне значення амплітуди модульованого сигналу має вдвічі перевищувати амплітуду несучого, що й доводить малюнок.

На даному малюнку встановлено нульовий коефіцієнт модуляції. При цьому, як і слід було очікувати, модульований сигнал має форму гармонічної несучої.

2) Розрахуємо значення фази сигналу на виході модулятора згідно формули: 

При значенні початкової фази φ=90 градусів та лінійної частоти f=2 Гц, матимемо:

При значенні початкової фази φ=180 градусів та лінійної частоти f=1 Гц, матимемо:

3) На наступній схемі в коло включений елемент квантування з кроком квантування 0,1 с.

На даній схемі цей елемент відсутній

4) Зміна часу моделювання не вносить жодних змін у вигляд частотного спектру сигналу. Про зсув по осі часу вихідного сигналу відносно відтвореного можна сказати, що із зміною часу моделювання зсув не спостерігається, проте із його збільшенням межі відображення графіків зменшуються.

5) Якщо встановити частоту несучого коливання нульовою, то модульований сигнал на буде вигляду:

Якщо врахувати, що коефіцієнт модуляції дорівнює  одиниці, то модульований сигнал підніметься відносно несучої на значення її амплітуди.


Завдання (ЧМ):

  1.  Какими   параметрами   определяются   характеристики   частотных модуляторов. Исследуйте зависимость формы спектра ЧМ сигнала от амплитуды модулирующего сигнала (0,1 и 0,3 В) и индекса модуляции. Проведите cpaвнительный анализ полученных результатов.
  2.  Путем моделирования установите зависимость составляющих комплексного сигнала модуляторов Complex от начальной фазы несущей (0, 30, 60, 90,120,150,180°). Для каждого случая напишите выражение для комплексного сигнала потенциальной и тригонометрической форме.

1) Основні параметри, які визначають характеристики частотних модуляторів наступні:

- частотний коефіцієнт модуляції М, якмий визначається як відношення відхилення частот несучої та модулюючого коливання, до частоти модулюючого коливання;

-  амплітуда несучої.

Змінюючи дані параметри, спостерігатимемо за змінами с в частотному спектрі тва часовій формі модульованих сигналів.

А) М=1, амплітуда – 1 В.


Б) М=3, амплітуда – 1 В.

В) М=3, амплітуда – 0,3 В.

2) Нижче наведені значення параметрів сигналу на виході комплексного модулятора в співвідношенні з початковою фазою несучої:

0    30    60    90 120    150    180


Завдання (ФМ)

Розглянемо зміни, які вносяться в частотний спектр та вигляд промодульованого коливання зі зміною коефіцієнта модуляції.

М=7

М=5

М=2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50660. Исследование режимов работы транзисторного усилителя мощности 876.5 KB
  Цель работы Освоение методики энергетического расчета режима транзисторного усилителя мощности. Ознакомление со схемой усилителя мощности назначением отдельных элементов и выбором их величин. Изучение особенностей форм импульсов тока транзисторного усилителя при работе на повышенных частотах.
50661. Метод граничных испытаний на надежность элементов и устройств ИИС 84.5 KB
  Исходные данные Модель исследуемой системы: Максимальная стоимость дополнительных затрат Cmx = 25 у. Практическая часть График рабочей области РО и области безотказной работы ОБР для системы с исходными данными представлен на рис. 1 рабочая область и область безотказной работы для системы с исходными данными Графически вероятность безотказной работы можно вычислить как...
50662. Измерение шумов и помех в телекоммуникационных системах 124 KB
  На выходе блока питания. На выходе блока усилителя. На выходе псофометра. Среднеквадратичное значение на выходе псофометра.
50663. Исследование цепей согласования выходного усилителя мощности 816 KB
  Цель работы Освоение методики расчета и настройки по приборам цепей согласования усилителя мощности УМ. Схема принципиальная электрическая Расчет колебательной системы Экспериментальная часть 3 6 9 12 15 18 21 24 27 17 16. При определенном значении достигают максимального значения которое соответствует критическому режиму работы транзистора. При настройке в резонанс достигается минимальное значение и максимальные значения и .
50664. Метод последовательного анализа при испытании на надежность 86.5 KB
  В качестве результатов испытаний приведены статистика отказов и графики зависимости отказов от времени: 1я реализация № отказа Время отказа 1 305 2 683 ИСПЫТАНИЕ ЗАВЕРШЕНО Граница браковки: 52. 1 Зависимость числа отказов от времени для 1 реализации 2я реализация № отказа Время отказа 1 311 2 377 3 693 ИСПЫТАНИЕ ЗАВЕРШЕНО Граница браковки: 52. 2 ...
50665. Релігія в світовому культурно-історичному просторі 103.5 KB
  Світові релігії в культурно-історичному просторі. Естетичні канони й етична програма буддизму. Етико-естетичні концепції християнства. Естетичний вимір Корану як священної книги ісламу. Особливості мусульманського мистецтва...
50666. Частотные модуляторы 195 KB
  Схема принципиальная электрическая ЧМ автогенератора с варикапом Схема принципиальная электрическая ЧМ автогенератора с реактивным транзистором Расчет Экспериментальная часть Выводы В ходе лабораторной работы были исследованы частотно-модулированные колебания в ЧМ автогенераторе с варикапом и реактивным транзистором. В схеме с варикапом видно что: Уходит значение центральной частоты.
50667. Исследование компенсационных стабилизаторов напряжения 831 KB
  Входное напряжение при номинальном рабочем режиме схемы: Выходное напряжение при номинальном рабочем режиме схемы: Увеличенное входное напряжение: Выходное напряжение при увеличенном входном напряжении: Измерение выходного сопротивления Выходное напряжение стабилизатора с нагрузкой...
50668. Изучение методов структурного резервирования 96.5 KB
  Возможные типы резервирования: Общее нагруженное резервирование. Поэлементное нагруженное резервирование. Общее резервирование замещением. Поэлементное резервирование замещением.