double arrow

Цель работы


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

Кафедра Телекоммуникаций

УТВЕРЖДАЮ   Первый проректор – проректор по учебной работе   ___________Е.А. Кудряшов   «_____»_____________2011 г.

Амплитудный модулятор.

Методические указания

По выполнению лабораторной работы № 1

по курсу «Устройства генерирования и формирования сигналов в системах подвижной связи»

Курск 2011

УДК

Составители: В.В. Матвеенко, Е.А. Шиленков

Рецензент

Амплитудный модулятор [Текст] : методические указания по выполнению лабораторной работы № 1 по курсу «Теория электрической связи» / Курск. Гос. Техн. Ун-т; сост.: В.В. Матвеенко, Е.А. Шиленков. Курск, 2011. 12 с.: ил. 4.

Содержит методические указания по выполнению лабораторной работы № 1 «Амплитудный модулятор» по курсу «Устройства генерирования и формирования сигналов в системах подвижной связи».

Методические указания соответствуют требованиям программы, утверждённой УМО по специальности Телекоммуникации.




Предназначены для студентов специальностей 210400.68, 210402.65, 210404.65, 210406.65 дневной и заочной форм обучения.

Текст печатается в авторской редакции

Подписано печать . Формат 60х841/16.

Усл. печ. л. .Уч.-изд. л. Тираж экз. Бесплатно

Юго-Западный государственный университет.

305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94

Цель работы.

Исследование амплитудной модуляции и детектирования сигнала.

2. Краткая характеристика исследуемых цепей и сигналов.

Амплитудным модулятором называется устройство, огибающая высокочастотного сигнала на выходе которого пропорциональна низкочастотному модулирующему колебанию. Рассмотрим случай простейшего гармонического модулирующего колебания:

,

На входе модулятора действует сигнал:

, w 0>>W (1)

На выходе амплитудного модулятора в этом случае должен быть получен сигнал вида:

(2)

где глубина амплитудной модуляции М должна быть пропорциональна амплитуде .

В результате воздействия входного сигнала на нелинейный элемент с кусочно-линейной аппроксимацией в токе последнего появляются гармоники и комбинационные составляющие входных сигналов, а именно составляющие с частотами: (смотри рис. 2). Составляющие с частотами и образуют требуемое амплитудно-модулированное колебание. Оно должно быть выделено полосовым фильтром со средней частотой, равной несущей, и полосой пропускания, достаточной для выделения составляющих с частотами .

Рис.2

Как известно, при кусочно-линейной аппроксимации ВАХ нелинейного элемента первая гармоника тока определяется как:



(3)

Для того, чтобы изменение первой гармоники тока отвечало требованию амплитудного модулятора, необходимо обеспечить пропорциональность огибающей импульсов тока низкочастотному сигналу, и независимость от него коэффициента . Следует правильно выбрать режим работы НЭ (смещение и амплитуды входных сигналов). На рисунке 3 показан такой режим работы.

Рис.3

Рабочая точка и амплитуда низкочастотного сигнала выбираются так, чтобы высокочастотные импульсы тока имели бы угол отсечки близкий к , т.е. , . В этом случае , а огибающая импульсов тока пропорциональна низкочастотному сигналу:

.

Таким образом, первая гармоника тока:

,

а на выходе фильтра получится напряжение:

где и - сопротивление и фаза фильтра на несущей частоте, - амплитуда несущей на выходе модулятора, .

Ясно, что в этом случае глубина модуляции невелика – это недостаток такого вида модулятора.

Принципиальная схема простейшего амплитудного модулятора на транзисторе с ОЭ приведена на рисунке 4.

Рис.4

Для правильного выбора режима работы нелинейного элемента следует снять так называемую статическую модуляционную характеристику (СМХ). Для схемы рис.4 такой характеристикой является при постоянной величине амплитуды несущей на входе. Типичный вид такой характеристики показан на рисунке 5.

Рис.5

Середина линейного участка СМХ определяет рабочую точку транзистора ( ). Величина определяет изменение низкочастотного сигнала и максимально возможный (с минимальными искажениями) коэффициент глубины модуляции:



Если на входе модулятора действует более сложный низкочастотный сигнал, например такой:

то при удовлетворении условия и , огибающая импульсов тока будет равна:

,

следовательно,

.

При настройке фильтра на частоту несущей и полосе пропускания (при добротности контура ) на выходе модулятора получится высокочастотный сигнал, огибающая которого пропорциональна .

Заход мгновенного входного напряжения в области нелинейного участка СМХ приведет к появлению в первой гармонике тока составляющих с частотами ( k=2,3,4,…), которые фильтр не сможет подавить, т.к. они попадут в его полосу пропускания. Следовательно, в этом случае нарушится основное требование, предъявляемое к амплитудному модулятору, а именно: огибающая амплитудно-модулированного сигнала должна быть пропорциональна низкочастотному сигналу.

Амплитудным детектором называется радиотехническое устройство, в котором осуществляется выделение из амплитудно-модулированного высокочастотного колебания модулированного сигнала. Детектирование может осуществляться как в нелинейных, так и в линейных цепях с периодически изменяющимися параметрами. Рассмотрим принцип действия простейшего АД на основе диодного выпрямителя (рис.6) сначала при гармоническом воздействии, т.е. при

.

Рис.6 Рис.7

Состояние диода описывается его ВАХ , линейно-ломаная аппроксимация которой представлена на рис.7. при диод характеризуется сопротивлением открытого p-n-перехода , а при - сопротивлением закрытого p-n-перехода , причем . В схеме рис.22 . При поступлении положительной полуволны входного напряжения и при диод открыт и через него течет ток. Конденсатор С через открытый диод быстро заряжается с постоянной времени . Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на емкости ( ) не сравняется с входным напряжением, и диод закроется. В результате конденсатор начнет разряжаться через сопротивление R. Обычно . Разряд происходит медленнее, чем заряд (tразр = CR >> tзар), за время действия отрицательной полуволны входного напряжения выходное напряжение изменится мало.

Рис.8.

На рис.8 показан установившийся процесс заряда и разряда конденсатора. Ток диода течет только в те моменты времени, пока . По отношению к диоду напряжение является смещением. Поскольку (см. рис.23) равно 0, то обеспечивает работу диода с углом отсечки q < 90° . При большой постоянной времени величина близка к амплитуде входного напряжения. Поэтому здесь получается достаточно малый угол отсечки: он определяется соотношением сопротивлений и R. Действительно, крутизна открытой части ВАХ диода равна . Следовательно,

,

.

С другой стороны, при , .

Отсюда имеем

.

Учитывая, что

,

окончательно получаем следующее соотношение

.

Таким образом, задание внутреннего сопротивления диода и сопротивления нагрузки R однозначно определяет угол отсечки q . Чем ближе величина к , тем меньше угол отсечки. Для работы с q = 10° (cosq = 0,9848), должно выполняться .

При q (10...20)° выходное напряжение детектора близко к амплитуде входного. После определения величины R, можно определить и требуемое значение емкости конденсатора C из условия подавления высокочастотных составляющих и неискаженной передачи низкочастотной части спектра тока:

.

Так как , условие легко выполнить.

Поскольку амплитудный детектор подключается в качестве нагрузки усилителя высокой частоты, то важное значение имеет его входное сопротивление. При практически вся мощность, потребляемая детектором, выделяется на сопротивлении R. Поэтому можно приближенно считать ,

где и - амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая тока диода. Разделим левую и правую часть на . Получим

.

Отсюда, учитывая, что , имеем

,

откуда

.

Чтобы детектор не влиял на частотные характеристики усилителя, необходимо при выборе R выполнить условие , где - резонансное сопротивление контура усилителя.

3. Лабораторное задание.

- Изучить процессы модуляции и детектирования сигналов в приемо-передающих устройствах.

- Освоить основные принципы построения схем и режимов моделирования в САПР Multisim.

- Исследовать схему приёмо-передающего устройства с амплитудной модуляцией сигнала

4. Методические указания.

4.1. Модуляция сигнала. Выбрать из таблицы по номеру варианта задания исходные данные – частоту и тип модулирующего сигнала, частоту несущего сигнала. Задать параметры источника сигнала XFG1 и смесителей (умножителей) V13,V14 в САПР Multisim.

 
 


Рис.9. Принципиальная схема приёмо-передающего устройства.

4.2. Подбирая значения ёмкости конденсатора С2 амплитудного детектора сигнала и импеданс последовательного входного резистора R9 добиться максимальной амплитуды детектированного сигнала при минимальных искажениях. Для наблюдения за процессом демодуляции использовать осциллограф XSC1.

Рис.10. Модулированный и детектированный сигналы для меандра.

Рис.11. Модулированный и детектированный сигналы для пилы.

5. Отчет

Отчёт по форме и содержанию должен соответствовать требованиям, изложенным в разделе 3 (Оформление отчётов) Общих положений.

Отчет должен содержать:

1) Функциональную схему установки.

2) Осциллограммы сигналов и характеристики фильтра.

3) Выводы по пунктам 4.1 и 4.2.

6. Контрольные вопросы.

1) Дайте определение амплитудного модулятора.

2) Изобразите графически схему простого амплитудного модулятора с указанием входных и выходных сигналов.

3) Дайте определение модулирующего, несущего и модулированного сигнала.

4) Дайте определение амплитудного детектора. Основная функция детектора.

5) Что такое передаточная характеристика радиотракта?

6) Почему в приемном устройстве возникают искажения демодулированного сигнала?

7) Изобразите графически схему приёмо-передающего устройства с амплитудной модуляцией сигнала. Объясните назначение каждого элемента в схеме.

Литература:

1. В.Н. Ушаков. «Основы радиоэлектроники и радиотехнические устройства». М., «Высшая школа», 1976

2. Е.И. Манаев. «Основы радиоэлектроники». М., «Радио и связь», 1985

3. ↑ 1 2 Словарь по кибернетике / Под редакцией академика В. С. Михалевича. — 2-е. — Киев: Главная редакция Украинской Советской Энциклопедии имени М. П. Бажана, 1989. — 751 с. — (С48). — 50000 экз. — ISBN 5-88500-008-5

№ вар. Модулирующий сигнал КГц Форма модулирующего сигнала Несущая частота КГц
меандр 10 - 15
синус 10 - 15
пила 10 - 15
меандр 15 - 20
синус 15 - 20
пила 15 - 20
меандр 20 - 30
синус 20 - 30
пила 20 - 30
меандр 10 - 15
синус 10 - 15
пила 10 - 15
меандр 15 - 20
синус 15 - 20
пила 15 - 20
меандр 20 - 30
синус 20 - 30
пила 20 - 30
меандр






Сейчас читают про: