ИССЛЕДОВАНИЕ МОДУЛЯТОРОВ СИГНАЛОВ
1. Цель и задачи работы.
1. Научиться исследовать и анализировать работу амплитудного, балансного и амплитудно-импульсного модуляторов. 2. Получить опыт моделирования модуляторов. 3. Приобрести опыт работы с автоматизированной системой конструирования на базе интерактивной программы Electronics Workbench для схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых радиоэлектронных устройств формирования и генерирования сигналов различного назначения.
2. Теоретические сведения.
Радиочастотные колебания, создаваемые радиопередатчиком и излучаемые его антенной в виде электромагнитных волн, используются для передачи информации потому, что они легко распространяются на большие расстояния.Сообщения, которые необходимо передавать, чаще всего представляют собой низкочастотные колебания. Так, механические колебания звука, преобразованные микрофоном в электрические, представляют собой колебания низкой частоты. Такие колебания не могут распространяться на большие расстояния. Поэтому спектр низкочастотного сигнала необходимо перенести в область радиочастот. Для этого необходимо осуществить управление ими.Процесс управления колебаниями радиочастоты с помощью колебаний низкой частоты называется модуляцией.Модуляция осуществляется с помощью специального устройства, называемого модулятором. На один вход модулятора подается напряжение радиочастоты, на другой — низкочастотный передаваемый сигнал. На выходе модулятора получается модулированное колебание.Радиочастотные колебания, осуществляя перенос сигнала, сохраняют его свойства. Они называются несущими.Радиочастотные колебания характеризуются тремя параметрами: амплитудой, частотой и фазой. Они связаны соотношением i = IHcos(ωt + φ).Для осуществления модуляции необходимо изменять во времени один из параметров радиочастотного колебания в соответствии с передаваемым сигналом. В зависимости от того, какой из параметров радиочастотного колебания изменяется, различают амплитудную, частотную и фазовую модуляцию.При работе передатчика в импульсном режиме для осуществления модуляции изменяется один из параметров импульсов. Такая модуляция называется импульсной.Для передачи телеграфных сигналов изменяют один из параметров радиочастотных колебаний в соответствии с телеграфным кодом. Радиотелеграфную модуляцию называют манипуляцией. Различают соответственно манипуляцию амплитудную, частотную и фазовую.Амплитудной модуляцией называется процесс изменения амплитуды колебаний радиочастоты в соответствии с изменением амплитуды колебаний низкой частоты передаваемого сигнала.Передаваемое колебание, например речь, музыка, является сложным колебанием. И его можно рассматривать как сумму простых гармонических составляющих колебаний различных амплитуд, частот и фаз.Для простоты анализа рассмотрим модуляцию одним тоном частоты Ω, т. е. когда перед микрофоном звучит однотонное колебание одной частоты. График его можно представить в виде гармонического (синусоидального или косинусоидального) колебания.Наиболее простой вид модуляции – амплитудная модуляция. Модуляция по амплитуде, осуществляемая в амплитудном модуляторе, сводится к перемножению модулирующего сигнала Y(t)=E0+Ym*cosΩt и несущего X(t)=Xm*cosωt сигнала. После перемножения и тригонометрических преобразований получим результирующее колебание в следующем виде: Z(t)=Em{cosωt+0,5M[Ω-ω)t+cos(Ω+ω)t]},  |
где M=Ym/Em – коэффициент модуляции; Em=E*Xm. Рис. 1. Схема амплитудного модулятора Схема амплитудного модулятора (рис. 1)содержит двухвходовой суммирующий усилитель на ОУ, к одному входу которого подключен источник постоянного напряжения Ео, а к другому - источник модулирующего напряжения Y'(t) с амплитудой Ym = 1,42 В. Поскольку коэффициент усиления по каждому входу R3/R1 = 1, на выходе усилителя формируется сигнал Y(t)=Ео+Y'(t)=Ео+Ym*cosΩt, который поступает на Y - вход перемножителя М c коэффициентом передачи 1. На Х-вход перемножителя подается сигнал несущей Х(t) c амплитудой Xm=5,66В.
|
|
Рис. 2. Схема балансного амплитудного модулятора.
|
|
|
На практике -часто возникает необходимость получения двух боковых полос модуляции без несущей или одной из боковых частот. Для этого используется балансный модулятор, схема которого (рис. 2), схема которого содержит два сумматора-выпрямителя на ОУ1,2 и дифференциальный усилитель на ОУ3. Напряжение несущей частоты (в данном случае 1 кГц) преобразуется в однополярные импульсы полусинусоидальной формы, (осциллограмма А на рис. 3), при этом модулирующее напряжение UM суммируется с несущим UН в каждом сумматоре-выпрямителе при выполнении условия:
2UMKM<UНKН, где КМ=R3/R1; КН=R3/R2.
Рис. 3. Осциллограммы амплитудно-модулированного (В) и модулирующего (А) сигналов несущей.
Результирующее АМ-колебание (осциллограмма В) формируется на выходе дифференциального усилителя на ОУ3.
Кроме рассмотренной амплитудной модуляции с гармонической несущей, в системах управления и многоканальных устройствах связи широко используются разнообразные виды импульсной модуляции. Наиболее простой из них является амплитудно-импульсная (АИМ), которая чаще всего используется при реализации более сложных видов импульсной модуляции (времяимпульсной, фазоимпульсной, частотно-импульсной и т.п.).
|
|
|
 |
Рис. 4. Амплитудно-импульсный модулятор.
Рассматриваемая схема амплитудно-импульсного модулятора (рис. 4)содержит сумматор на ОУ1 и сумматор-выпрямитель на ОУ2; в качестве несущей используется однополярная (положительной полярности) последовательность прямоугольных импульсов с параметрами, определяемыми настройками функционального генератора (рис 4). Напряжение на выходе сумматора-выпрямителя (т. А, осциллограмма А на рис. 5);
UA= - (KMUm+ KНUH+KfUf), KM=R7/R4; Кf=R7/R5; КН=R7/R3.
Перечисленные коэффициенты выбираются таким образом, чтобы при отсутствии несущей (UН) напряжение в т. A Ua=0. При этом выходное напряжение (осциллограмма В) будет определяться выражением:
UВ= - [UНR6/R1 - (KMUm+KНUН+KfUf)R6/R2].
Рис. 5. Результаты испытаний АИМ.
3. Объекты исследования, оборудование, инструмент.
Программное обеспечение: Electronics Workbench V5.12.
4. Подготовка к работе.
4.1. Изучить теоретические сведения (п. 2).
4.2. Включить ПК, открыть Electronics Workbench V5.12.
5. Программа работы.
Рис. 7. Схема фазового модулятора
1. По указанным на рис. 7значениям параметров рассчитать коэффициент модуляции и проверить полученные результаты с моделированием. Для определения коэффициента модуляции по осциллограмме АМ-сигналов принять (см рис. 3.):
М=АМ/АС,
АМ=(VB2-VB1)/2,
АС=АМ+VB2
2. Подготовьте схему балансного модулятора. Используя команду Analysis/Forier, проведите спектральный анализ выходного напряжения такого модулятора. Обратите внимание на отсутствие колебания с несущей частотой, поскольку выходное напряжение модулятора:
U(t) = 0,5MUc[cos2π(FC+Fm)t+cos2π(Fc - Fm)t].
3. Проведите испытания амплитудно-импульсного модулятора на рис. 4.
4.Подготовьте схему модулятора на рис. 4 и проведите спектральный анализ его выходного напряжения, качественно сопоставив полученные результаты с результатами расчета по формуле:
U(t)=U0τ0/T0{1+Msin(2πFc)t+[2sin(2πnFmτ0/2)]/( 2πnFmτ0/2)[Σcos2πnFmt+Σ0,5Msin2π(nFm+Fc)t+ Σ0,5Msin2π(nFm-Fc)t},
где U0 - амплитуда импульсов при отсутствии модуляции; τ0 - длительность импульса; Т0 - период следования импульсов; Fc - частота модулирующего сигнала; Fm=1/Т0 - частота следования импульсов; М = ΔU0/U0 - коэффициент модуляции; ΔU0 – наибольшее изменение амплитуды модулированных импульсов; n - номер гармоники.
6. Анализ полученных результатов.
Определить принципиальные отличия модуляторов.
Содержание отчета
1. Тема и цель лабораторной работы.
2. Краткое изложение теоретической части.
3. Схема (рис. 7). Осциллограмма сигнала на выходе модулятора.
4. Расчет по п. 1 программы работ.
5. Схема (рис. 2). Осциллограмма сигнала на выходе модулятора.
6. Расчет по п. 2 программы работ.
7. Схема (рис. 4). Осциллограмма сигнала на выходе модулятора.
8. Расчет по п. 4 программы работ.
Контрольные вопросы.
1. Из каких соображений выбирается соотношение между несущей и модулирующей частотой?
2. С какой целью используется источник смещения Uf?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13
Усилители
1. Цель и задачи работы.
Изучение функционирования и принципиальных электрических схем усилителей, приобретение навыков по исследованию электрических схем с помощью электроизмерительных приборов.
2. Теоретические сведения.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 875; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!