Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

1

1. C

el ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie zasad modulacji i demodulacji amplitudy, opartej na nowocze-

snych rozwiązaniach układowych, a także sposobów określania podstawowych parametrów tych ukła-
dów.

2. W

prowadzenie

Modulacją nazywa się zakodowanie informacji, danej jako pewien sygnał elektryczny,

w postaci zmiany parametru innego sygnału elektrycznego. Pierwszy z nich jest nazwany - sygnałem
modulującym, drugi - sygnałem modulowanym.

Sygnał modulowany jest na ogół prostym przebiegiem deterministycznym, najczęściej stoso-

wane są przebiegi sinusoidalne i impulsowe. Takie rozwiązania były stosowane już w pierwszych
układach zarówno bezprzewodowego telegrafu (Marconi 1901), jak i bezprzewodowego telefonu
(Fessenden 1905). Modulacja amplitudy stosowana jest powszechnie w radiofonii już od 1907 roku,
kiedy to odbyła się pierwsza audycja radiowa (USA), aż do dnia dzisiejszego. Celem modulacji jest
przetworzenie informacji w taki sposób aby była ona odpowiednia do przesłania jej od źródła sygnału
do odbiornika, na ogół, na duże odległości. Dotyczy to np. sygnałów fonii i wizji, których bezpośred-
nie przesłanie w postaci fal elektromagnetycznych byłoby niemożliwe ze względu na zajmowane
przez nie pasmo i konieczność ich selektywnego odbioru. Podobna jest sytuacja przy przesyłaniu wielu
informacji na jednej linii kablowej. Natomiast w urządzeniu odbiorczym zachodzi potrzeba przetwo-
rzenia przebiegu o modulowanej amplitudzie z powrotem na sygnał elektryczny (akustyczny). Jedno-
cześnie należy usunąć składową nośną w.cz. ze złożonego przebiegu wejściowego. Proces wydzielenia
sygnału modulującego (przenoszącego informację) z sygnału zmodulowanego jest nazywany demodu-
lacją, a układy które do tego służą detektorami. Detektorem nazywamy taki układ elektroniczny, który
przywraca składową proporcjonalną do sygnału modulującego. Oddzielenie sygnału od składowej no-
ś

nej dokonywane jest za pomocą współpracującego z detektorem filtru. Ponadto zjawisko modulacji i

demodulacji wykorzystują radiotelefony CB. Mamy tu do czynienia z sygnałami modulującymi za-
wartymi w przedziale częstotliwości akustycznych 300 - 3000Hz oraz falą nośną o częstotliwości z
zakresu 26,960 - 27,405MHz.

Przy wielokrotnym wykorzystaniu torów telekomunikacyjnych należy po tym samym torze

przesłać wiele informacji zawartych w tym samym poziomie. Należy wobec tego dokonać podziału
użytecznego pasma toru i przydzielić każdej informacji odpowiedni zakres częstotliwości, a następnie
przesunąć ją do tego pasma.

W miejscu odbioru należy przeprowadzić proces odwrotny, tzn. informacje z położenia przesu-

niętego należy przywrócić do położenia naturalnego. Procesy te, to znaczy przesunięcie sygnałów przy
nadawaniu i odwrotne przesunięcie w miejscu odbioru, nazywamy modulacją i demodulacją. W tele-
komunikacji stosuje się wiele rodzajów modulacji:

1.

Harmoniczne (sinusoidalne) – są to systemy, w których rozdział kanałów odbywa się na podsta-
wie położenia na skali częstotliwości ( sygnał nośny jest harmoniczny).

Modulacja amplitudy AM

-

dwuwstęgowa z falą nośną DSB

-

dwuwstęgowa bez fali nośnej DSBSC

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

2

-

jednowstęgowa z falą nośną SSB

-

jednowstęgowa bez fali nośnej SSBSC

-

jednowstęgowa ze szczątkową wstęgą boczna VSB

Modulacja częstotliwości FM
Modulacja fazy PM

2.

Impulsowe – (sygnał nośny jest impulsowy)

Modulacja amplitudy impulsów PAM
Modulacja położenia impulsów PPM
Modulacja szerokości impulsów PWM
Modulacja impulsowo – kodowa PCM

2.1. M

odulacja amplitudy

Modulacja amplitudy jest to proces nakładania informacji zawartej w przebiegu modulującym

na przebieg modulowany - nazywany przebiegiem nośnym - w ten sposób, że wartości chwilowe prze-
biegu modulowanego są w sposób ciągły i bezpośredni uzależnione od wartości chwilowej przebiegu
modulującego (jak na rys. 1).

Rys. 1. a) sygnał nośny; b) sygnał modulujący; c) sygnał zmodulowany amplitudowo

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

3

Modulacja amplitudy wykorzystywana była od początków rozwoju techniki przesyłu informa-

cji na odległość i stosowana jest z powodzeniem do dziś. Między innymi w propagacji programów na
falach między innymi długich, średnich oraz krótkich. Została ona wprowadzona w celu lepszego wy-
korzystania pasm częstotliwości w radiotechnice do przesyłania częstotliwości słyszalnych tzn. aku-
stycznych.

W wyniku tego sygnał modulowany przenosi informację zawartą w sygnale modulującym. Do

tego celu służy modulator, który jest układem elektronicznym, na wejście którego podaje się sygnał
fali nośnej (a) i sygnał modulujący (b), a na wyjściu uzyskuje się sygnał zmodulowany amplitudowo
(c) rys. 1.

Jeżeli przebiegi fali nośnej i sygnału modulującego mają postać:

t

U

t

u

Ω

=

cos

)

(

(1)

gdzie:

u(t) – wartość chwilowa przebiegu modulowanego (nośnego),

U – amplituda przebiegu modulowanego,

Ω

- pulsacja przebiegu modulowanego,

t

E

t

e

ω

cos

)

(

=

(2)

gdzie:

e(t) – wartość chwilowa przebiegu modulującego,

E – amplituda przebiegu modulującego,

ω

- pulsacja przebiegu modulującego,

i w przypadku modulacji amplitudy wielkość U jest zależna liniowo od przebiegu modulującego w
następujący sposób:

)

cos

1

(

cos

0

0

t

m

U

t

k

U

U

a

ω

ω

+

=

+

=

(3)

przy czym musi być spełniony warunek, że

Ω

>>

ω

max

to przebieg zmodulowany amplitudowo (rys.1.c)

ma postać:

t

t

m

U

u

Ω

+

=

cos

)

cos

1

(

0

ω

(4)

Otwierając nawias w powyższym wyrażeniu i stosując wzór na iloczyn kosinusów otrzymujemy:

t

mU

t

mU

t

U

t

t

m

U

t

U

u

)

cos(

2

1

)

cos(

2

1

cos

cos

cos

cos

0

0

0

0

0

ω

ω

ω

−

Ω

+

+

Ω

+

Ω

=

=

Ω

+

Ω

=

(5)

W wyrażeniach: (3), (4), (5), wprowadzona została wielkość m zwana współczynnikiem głębokości
modulacji:

0

U

E

k

m

a

=

(6)

gdzie: k

a

– współczynnik proporcjonalności.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

4

Korzystniejszą formą definicji współczynnika głębokości modulacji jest poniższe wyrażenie:

min

max

min

max

0

0

0

0

U

U

U

U

m

+

−

=

(7)

przy czym: wartości U

0

max i U

0

min są zaznaczone na rys. 1.c

Dla poprawnego przebiegu procesu modulacji 0

<

m

≤

1. Gdy m > 1 występuje zjawisko

przemodulowania.

Przy sinusoidalnych sygnałach nośnym i modulującym (lub też cosinusoidalnych) w rozkładzie

widmowym sygnału zmodulowanego można wyróżnić trzy prążki rys. 2, o częstotliwościach: nośnej F
oraz różnicowej F – f i sumacyjnej F + f.

F-f

F

F+f

f

Rys. 2. Rozkład widmowy sygnału zmodulowanego amplitudowo przy idealnej modulacji

W przypadku ogólnym, w rozkładzie widmowym sygnału wyjściowego modulatora można

wyróżnić prążek o częstotliwości nośnej, oraz dwie wstęgi boczne: górną i dolną - rys. 2. Metodą od-
powiednich zabiegów w modulatorach można z sygnału wyjściowego eliminować składowe o odpo-
wiednich częstotliwościach. W związku z tym wyróżnia się szereg rodzajów modulacji amplitudy.

Do najbardziej rozpowszechnionych należą:

-

dwuwstęgowa z falą nośną DSB rys. 3a

-

dwuwstęgowa bez fali nośnej DSBSC rys. 3b

-

jednowstęgowa z falą nośną SSB rys. 3c i rys. 3d

-

jednowstęgowa bez fali nośnej SSBSC rys. 3e i rys. 3f

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Rys. 3. Rozkłady widmowe sygnałów zmodulowanych amplitudowo

DSB

DSB SC

U

F

f

F+f

F-f

U

f

F+f

F-f

SSB

U

f

F+f

SSB

U

F

f

F-f

SSB SC

SSB SC

U

f

F-f

U

f

F+f

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

5

Można przesyłać sygnały zmodulowane amplitudowo jako: dwie wstęgi boczne i falę nośną,

dwie wstęgi boczne, jedną wstęgę boczną i falę nośną, jedną wstęgę boczną. Rozważmy te cztery me-
tody przesyłania sygnału oraz porównajmy je stosując jako kryteria: szerokości zajmowanego pasma
oraz moc przesyłaną.

Dwie wstęgi boczne i fala nośna AM (DSB)

Szerokość pasma

∆

f = F + f

max

- (F - f

max

) = 2f

max

(8)

Moc

2

2

0

0

m

P

P

P

ś

r

+

=

ω

(9)

Dwie wstęgi boczne (DSB SC)

Szerokość pasma

∆

f = F + f

max

- (F - f

max

) = 2f

max

(10)

Moc

2

2

0

m

P

P

ś

r

=

ω

(11)

Jedna wstęga boczna i fala nośna (SSB)

Szerokość pasma

∆

f = F + f

max

- F = f

max

(12)

Moc

4

2

m

P

P

P

O

O

ś

r

+

=

ω

(13)

Jedna wstęga boczna (SSB SC)

Szerokość pasma

∆

f = F - f

min

- (F – f

max

) = f

max

– f

min

(14)

Lub

∆

f = F + f

max

- (F + f

min

) = f

max

– f

min

(15)

Moc

4

2

0

m

P

P

ś

r

=

ω

(16)

Przy przesyłaniu jednej wstęgi bocznej pasmo potrzebne do przesłania jest najmniejsze oraz

moc przesyłania również jest najmniejsza. Takie systemy są najczęściej stosowane.

Informacja niesiona przez sygnał zmodulowany amplitudowo jest zawarta całkowicie we wstę-

gach bocznych. Aby uniknąć przemodulowania, maksymalna wartość współczynnika modulacji jest
często ograniczona do około 0,8. Gdy maksymalna wartość m = 0,8, to jego średnia wartość wynosi
0,4. W tym przypadku moc wstęg bocznych wynosi jedynie 7,4% całkowitej mocy transmitowanej.
Ten system modulacji jest więc mało efektywny.

W przypadku telekomunikacji, w której najważniejszymi zasobami jest moc wysyłana

i szerokość pasma kanału standardowa forma modulacji amplitudy podlega dwóm głównym ograni-
czeniom:
-

ze względu na moc - ponieważ fala nośna jest całkowicie niezależna od niosącego informację
sygnału modulującego. Przesyłanie fali nośnej jest zatem stratą mocy.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

6

-

ze względu na szerokość pasma - wstęgi boczne fali AM dolna i górna są ze sobą związane
jeśli chodzi o symetrię względem częstotliwości nośnej. Wynika stąd, że znając widmo ampli-
tudowe jednej ze wstęg, możemy w sposób jednoznaczny wyznaczyć widma drugiej wstęgi.
Oznacza to, że jeśli chodzi o przesyłanie informacji, konieczna jest tylko jedna wstęga, a kanał
telekomunikacyjny mógłby mieć tylko takie pasmo, jak sygnał modulujący. W świetle tego
modulacja amplitudy nie jest ekonomiczna pod względem pasma,

gdyż wymaga podwójnej

szerokości pasma w porównaniu do pasma sygnału informacyjnego.

Aby pokonać podobne ograniczenia, powinniśmy dokonać pewnych zmian powodujących

wzrost złożoności systemu na lepsze wykorzystanie zasobów telekomunikacyjnych. Taką zmianą jest
modyfikacja standardowej modulacji amplitudy.

Jednym z przykładów jest modulacja dwuwstęgowa z tłumioną falą nośną DSB SC,

w której fala wysłana składa się tylko z górnej i dolnej wstęgi bocznej. Cała moc sygnału zawiera się
zatem we wstęgach bocznych, dzięki czemu w przypadku całkowitego stłumienia nośnej sprawność
może osiągnąć wartość 100%. Szerokość pasma pozostaje jednak niezmieniona.

Zarówno w systemie AM, jak i DSB SC, w każdej wstędze bocznej jest zawarta ta sama infor-

macja. Oznacza to, że każda informacja zawarta w dolnej wstędze bocznej jest dokładnie powtórzona
w górnej wstędze bocznej. Wynika z tego, że całkowita szerokość pasma wymagana w systemie
dwuwstęgowym jest dwukrotnie większa od szerokości pasma faktycznie koniecznego do przesłania
informacji.

System, w którym wykorzystuje się tylko jedna wstęgę boczna, nazywa się systemem jednow-

stęgowym SSB SC.

Począwszy od 1918 r. modulacja jednowstęgowa została prawie powszechnie wprowadzona do

transmisji przewodowej, a od połowy lat trzydziestych zaczęły powstawać telekomunikacyjne łącza
krótkofalowe stosujące modulację SSB i SSB SC. Taki system jest najlepszy z punktu widzenia za-
równo mocy jak i pasma. Można więc w danym przedziale częstotliwości przesłać dwukrotnie więcej
informacji.

Cecha ta, razem z większą odpornością na zakłócenia oraz lepszymi własnościami propagacji

fal radiowych przy zastosowaniu tej modulacji, spowodowała powszechność zastosowania

modulacji

jednowstęgowej w telekomunikacji analogowej.

Tutaj także do modulacji jak i demodulacji można wykorzystać zrównoważony modulator -

demodulator. Niezaprzeczalną wadą jest

konieczność stosowania drogich filtrów koniecznych do

dfiltrowania jednej wstegi (pasmowoprzepustowych). Można jednak dokonać kompensacji jednej
wstęgi w układzie kwadraturowym. Sygnał zmodulowany SSB można wtedy opisać wzorami:

( )

( )

t

t

e

t

t

e

u

d

Ω

+

Ω

=

sin

cos

ln

(17)

( )

( )

t

t

e

t

t

e

u

grn

Ω

−

Ω

=

sin

cos

(18)

gdzie

( )

t

e

ozn. Sygnał modulujący opóżniony w fazie o 90

stopni.

Odmianą modulacji SSB jest modulacja jednowstęgowa z falą nośną. Rozwiązanie to pogarsza

co prawda sprawność energetyczną nadajnika, możliwe za to staje się odtworzenie informacji o fazie
sygnału modulującego przy stosunkowo prostym demodulatorze. Stosowana jest np. do transmisji
sygnału telewizyjnego.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

7

2.2. K

ryteria oceny modulatorów

Dla stworzenia sygnału jedno lub dwuwstęgowego stosuję się przetworniki częstotliwości. Są

indywidualne (kanałowe - jedno źródło sygnału modulującego) lub grupowe (więcej sygnałów modu-
lujących).

Do oceny modulatorów wykorzystuje się następujące ich charakterystyki:

1. Widmo sygnału wyjściowego
2. Tłumienność skuteczna
3. Charakterystyki tłumieniowe w funkcji częstotliwości
4. Charakterystyki amplitudowe
5. Tłumienność produktów nielinearnych
6. Impedancja wejściowa i wyjściowa

Widmo sygnału wyjściowego
Na obciążeniu modulatora, oprócz dwóch wstęg bocznych i fali nośnej (w zależności od typu

modulatora) pojawia się pewna liczba ubocznych produktów modulacji. Ich moc zależy od układu
modulatora, a także od zakresu jego pracy. Większa część ubocznych produktów modulacji znajduje
się poza pasmem użytecznym (tzn. dwu wstęg bocznych) a wobec tego można je usunąć przy pomocy
filtrów. Jednakże część szkodliwych produktów modulacji ma częstotliwości równe częstotliwościom
zawartym w obu wstęgach bocznych. Produkty te powoduję powstanie zniekształceń nielinearnych
przesuwanego (na skali częstotliwości) sygnału. Wobec tego do określenia wymagań na filtry oraz
wyznaczenia zniekształceń nielinearnych i zakłóceń w kanale konieczna jest znajomość miary i granic
widma szkodliwych produktów modulacji

Tłumienność skuteczna modulatora
W modulatorach pasywnych tylko część doprowadzonego sygnału przekształcana jest

w moc wstęgi bocznej.
Do oceny strat w modulatorze wykorzystuje się zależność:

ω

ω

±

Ω

=

P

P

A

sk

ln

2

1

(19)

gdzie P

ω

- moc jaką może oddać źródło do odbiornika dopasowanego do niego

P

Ω

±

ω

- moc użytecznej wstęgi bocznej wydzielona na obciążeniu modulatora.

Przy założeniu rzeczywistego obciążenia modulatora moc doprowadzona do modulatora sta-

nowi mniej niż połowę mocy sygnału wstęgi bocznej, ponieważ część mocy podzielona jest między
niepożądane produkty modulacji. Oprócz tego moc ta rozdziela się na dwie wstęgi boczne. Ponieważ:

2

ω

ω

P

P

〈

±

Ω

to zawsze

2

ln

2

1

〉

A

, co oznacza że A>0,35Np.

Tłumienność skuteczna modulatora zależna jest od jego struktury, punktu i zakresu pracy, warunków
dopasowania oraz strat w elementach układu.

Charakterystyka tłumieniowa
Charakterystyka tłumieniowa jest to zależność tłumienności skutecznej od częstotliwości.

Kształt tej charakterystyki określają: zależność wartości elementów od częstotliwości oraz dopasowa-
nia modulatora do obciążenia.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

8

Charakterystyki amplitudowe
Przy niezniekształconym przesuwaniu widma sygnału powinna być zachowana liniowa zależ-

ność między napięciem (prądem) sygnału wejściowego i sygnału wyjściowego. Ponieważ modulatory
najczęściej zbudowane są z elementów nieliniowych można uważać, że zależność ta będzie spełniona
tylko w pewnych szczególnych przypadkach. Skutkiem braku liniowej zależności U

wyj

Ω

±

ω

= k U

wej

jest zmiana dynamiki a także zniekształcenia nielinearne sygnału.
Do pobieżnej oceny tych zniekształceń można posługiwać się zależnością tłumienności skutecznej od
poziomu wejściowego sygnału modulującego

.

Typowa charakterystyka ma wygląd jak na rys. 4:

Zaczynając od wartości P

wej

= P

p

tłumienność modulatora szybko wzrasta co świadczy o jego

przesterowaniu i szybkim wzroście zniekształceń nielinearnych. Zwykle jako próg przesterowania
przyjmuje się wartość P

p

, tzn. taka wartość poziomu wyjściowego, przy której tłumienność modula-

tora jest o 0,05Np większa od tłumienności nominalnej. W praktyce w celu zapobieżenia dużym znie-
kształceniom nielinearnym poziom sygnału pomiarowego jest dużo mniejszy od progu przesterowania.

Rys. 4. Charakterystyka zależności tłumienności skutecznej

od poziomu wejściowego sygnału modulującego

Tłumienność produktów nielinearnych (tłumienność harmonicznych)
Na podstawie charakterystyki amplitudowej można stwierdzić wystąpienie przesterowania i po-

jawienia się zniekształceń nielinearnych. Do liczbowej oceny zniekształceń nielinearnych należy po-
sługiwać się współczynnikiem zawartości harmonicznych. Jeżeli na wejście modulatora podany jest
sygnał o częstotliwości f to na jego wyjściu wraz z sygnałem użytecznym (np. wstęga boczna F — f )
pojawiają się między innymi sygnały o częstotliwości F — 2 f . Przy demodulacji częstotliwość F — f
zostaje przekształcona na częstotliwość F - (F - f) = f . Jednocześnie demodulowane są produkty o
częstotliwości F-2f i otrzymujemy F - (F-2f) =2f. W ten sposób otrzymujemy drugą harmoniczną
sygnału użytecznego. W podobny sposób pojawiają się harmoniczne rzędu trzeciego i wyższych.
Współczynnik zawartości harmonicznych w sygnale na wyjściu modulatora określamy
z zależności:

f

F

f

F

U

U

h

±

±

=

2

2

i

f

F

f

F

U

U

h

±

±

=

3

3

(20)

gdzie U jest napięciem odpowiedniej częstotliwości na obciążeniu modulatora.

Impedancja wejściowa i wyjściowa modulatora
Ponieważ w modulatorze zastosowane są elementy nieliniowe to jego impedancja wejściowa

w ogólnym przypadku zależy od chwilowych wartości napięcia na wejściu. To z kolei wskazuje, że w
prądzie wejściowym występuje nie tylko składowa o częstotliwości f ale również dodatkowe składo-

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

9

we. Z tego powodu nie można wyznaczać impedancji wejściowej modulatora jako stosunku napięcia i
prądu wejściowego. Impedancje wejściową modulatora określa się z zależności:

f

f

wej

I

U

z

ˆ

ˆ

ˆ

=

(21)

gdzie

f

Uˆ

i

f

Iˆ

napięcie i prąd sygnału o częstotliwości podstawowej na wejściu

modulatora. Impedancje wyjściową modulatora wyznaczamy z zależności:

f

F

f

F

wyj

I

U

z

+

+

=

ˆ

ˆ

ˆ

lub

f

F

f

F

wyj

I

U

z

−

−

=

ˆ

ˆ

ˆ

(22)

gdzie

f

F

U

−

ˆ

,

f

F

U

+

ˆ

,

f

F

I

−

ˆ

,

f

F

I

+

ˆ

napięcie i prąd na wyjściu modulatora przy szeregowym włącze-

niu z obciążeniem

0

ˆz

SEM o częstotliwości F + f lub F - f. Przy tym źródło

sygnału na wejściu musi być odłączone. Oprócz wymienionych charakterystyk duże znaczenie mają
także inne jak np.: charakterystyki zależności fali nośnej, stopień tłumienia fali nośnej (w układach
zrównoważonych) itp.

2.3. U

kłady mnożące – modulatory zrównoważone

Wśród nieliniowych układów operacyjnych znaczną rolę odgrywają układy mnożące. Zada-

niem układu mnożącego jest wytworzenie napięcia wyjściowego

u

out

proporcjonalnego do iloczynu

dwóch wejściowych napięć sterujących

u

in1

i u

in2

.

r

in

in

in

in

out

E

u

u

u

au

u

2

1

2

1

=

=

(23)

przy czym

r

E

a

1

=

-

stała mnożenia

;

E

r

-

normujące napięcie odniesienia równe

±

10V.

Układ dokonujący operacji mnożenia przy dowolnych znakach napięć

u

in1

i u

in2

nazywamy

czterokwadrantowym. Jeśli dopuszczalne są napięcia o jednej biegunowości jednokwadrantowym. W
przypadku pośrednim, gdy ustalona jest biegunowość jednego napięcia wejściowego, układ jest okre-
ś

lony jako dwukwadrantowy.

Rzeczywisty układ mnożący realizuje operację mnożenia z pewnym błędem:

(

)

δ

+

=

∆

+

=

1

2

1

2

1

r

in

in

r

in

in

out

E

u

u

E

u

u

u

(24)

gdzie:

∆

- błąd bezwzględny;

δ

- błąd względny

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

10

Często stosuje się mnożenie transkonduktancyjne. Mimo, że mnożenie transkonduktancyjne

jest możliwe w układzie jednotranzystorowym, takie rozwiązanie jest rzadko stosowane. Na ogół sto-
sowane są w tym celu wzmacniacze różnicowe ze źródłem prądowym w obwodzie emiterów uzależ-
nionym od drugiego sygnału. Najprostszą wersję tego układu przedstawia rys. 5.

Rys. 5. Prosty układ transkonduktancyjnego mnożnika analogowego

Układ ma dwie wady: dopuszcza małe wartości napięć wejściowych i nie realizuje idealnej

funkcji mnożenia.

Ponieważ sygnał u

in1

może przyjmować wartości zarówno dodatnie jak i ujemne układ z rys. 5

nazywamy (dwućwiartkowym) dwukwadrantowym.

Rys. 6. Podwójnie zrównoważony układ mnożenia analogowego

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

11

Można usunąć wady tego układu poprzez małosygnałowe mnożenie czterokwadrantowe (uzy-

skuje się je drogą

kompensacji sygnału proporcjonalnego

do

u

in1

przez podwójne zrównoważenie

układu różnicowego). Realizację takiego układu przedstawia rys. 6. Przedstawione układy dokonują
modulacji amplitudy na małym poziomie mocy. W radiofonicznych stacjach nadawczych są stosowane
układy wielkiej mocy, oparte na wzmacniaczach mocy klasy C.

Przełączanie dwóch par różnicowych występuje dla amplitud sygnału powyżej 200mV, ale na-

wet dla 100mV stanowi dobre przybliżenie. Układ ten może pracować jako modulator amplitudy, mo-
dulator dwuwstęgowy ze stłumioną falą nośna, modulator jednowstęgowy ze stłumioną falą nośną,
demodulator jednowstęgowy, dwuwstęgowy czyli jako detektor synchroniczny. Przykłady

zastoso-

wań zrównoważonego modulatora - demodulatora przedstawiają poniższe rysunki:

Rys. 7. Zrównoważony modulator DSB/SC AM

Rys. 8. Demodulator DSB/SC AM

Wydawać by się mogło, że najprostszą metoda wytwarzania sygnału SSB/SC jest odfiltrowanie

jednej wstęgi bocznej za pomocą filtru pasmowo - przepustowego. W wielu przypadkach kiedy wstęgi
boczne zajmują szeroki zakres częstotliwości, rzeczywiście tak się postępuje.

Rys. 9. Modulator SSB/SC AM

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

12

W układzie z rys. 9 usunięcie jednej wstęgi bocznej następuje nie w wyniku filtracji, lecz dzię-

ki efektowi znoszenia, wynikającemu z 90

o

przesunięcia fazy sygnału modulującego i nośnej przyło-

ż

onych do jednego z modulatorów.

Rys. 10. Demodulator SSB/SC AM

Układy mnożenia analogowego są realizowane w postaci monolitycznych układów scalonych.

Mogą być one dostosowane do mnożenia małych lub dużych sygnałów.

W układach pierwszej grupy, nowocześniejszych, ze sterowanym podziałem prądu, scalaniem

są objęte wszystkie podzespoły. Parametry takich układów nie podlegają regulacji. Przewidziana jest
zmiana napięcia E

r

, dokonywana przez włączenie rezystora między odpowiednie końcówki. Do naj-

częściej stosowanych układów tej grupy należą: układy produkowane przez firmę Analog Devices,
np.: AD 429, AD 435, AD 530 do AD 533, AD 633JN.

W układach drugiej grupy scaleniu podlegają wejściowe wzmacniacze różnicowe (wraz

z zespołem stabilizowanych termicznie źródeł prądowych) oraz przetwornik Gilberta. Układy takie nie
zawierają zatem przetwornika wyjściowego. Popularnymi przedstawicielami tej grupy są np.: MC
1496 Motorola, MC 1596 Motorola, LM 1496/1596 National Semiconductor, Jednym z polskich ukła-
dów jest UL 1042N.

2.4. D

emodulacja amplitudy

Demodulacja jest procesem odwrotnym do modulacji amplitudy, polegający na odtworzeniu

przebiegu modulującego z przebiegu zmodulowanego. Zadaniem demodulacji jest wydzielenie z
sygnału zmodulowanego:













+

=

Ω

=

)

(

1

)

(

cos

)

(

)

(

1

t

e

U

k

U

t

A

t

t

A

t

u

o

a

o

(25)

(26)

sygnału modulującego A(t). Jeżeli chcemy otrzymać sygnał modulujący z sygnału zmodulowanego
(np. dwóch wstęg bocznych i fali nośnej), to można użyć elementów nielinearnych, opisanych
charakterystykami: paraboliczną, łamaną, liniowo łamaną.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

13

Podstawowym układem demodulatora jest detektor obwiedni. Nadaje się on tylko w przypadku

standardowej modulacji AM (dwuwstęgowa z falą nośną).

W przypadku modulacji bez fali nośnej lub jednowstęgowej obwiednia przebiegu zmodulowa-

nego nie podąża za kształtem sygnału modulującego. W celu uzyskania demodulacji, w tym przypad-
ku, należy odtworzyć falę nośną i doprowadzić ją wraz z sygnałem zmodulowanym na dwa wejścia
detektora synchronicznego (np. układu mnożącego).

Dla przypadku modulacji dwuwstęgowej bez fali nośnej DSBSC otrzymuje się:

(

)

(

)

(

)

(

)

[

]

t

t

m

aU

t

mU

t

mU

t

aU

u

wy

ω

ω

ω

ω

ω

+

Ω

+

−

Ω

+

=

=









+

Ω

+

−

Ω

Ω

=

2

cos

2

cos

cos

2

4

1

cos

2

1

cos

2

1

cos

2

0

0

0

0

(27)

Pierwszy składnik w nawiasie prostokątnym jest zdemodulowanym sygnałem pożądanym, dwa

pozostałe można odfiltrować jeśli

Ω

>>

ω

.

Dla przypadku modulacji jednowstęgowej SSB otrzymuje się:

(

)

(

)

[

]

ω

ω

ω

−

Ω

+

=

=









−

Ω

Ω

=

2

cos

cos

2

1

cos

2

1

cos

2

0

0

0

t

m

aU

t

mU

t

aU

u

wy

(28)

Detektory synchroniczne działają poprawnie również w przypadku przebiegów AM z falą no-

ś

ną. Potwierdza to poniższa zależność:

(

)

(

)

(

)

(

)









Ω

+

+

+

Ω

+

−

Ω

+

=

=









+

Ω

+

−

Ω

+

Ω

Ω

=

t

m

m

t

t

m

aU

t

mU

t

mU

t

U

t

aU

u

wy

2

cos

2

2

2

cos

2

cos

cos

2

4

1

cos

2

1

cos

2

1

cos

cos

2

0

0

0

0

0

ω

ω

ω

ω

ω

(29)

Budowa demodulatora synchronicznego dla modulacji amplitudy jest bardziej skomplikowana,

ponieważ w przypadku modulacji bez fali nośnej, zarówno jednowstęgowej jak i dwuwstęgowej,
wymagane jest odtworzenie na wejściu demodulatora sygnału nośnego, który musi być w dodatku
synchroniczny z sygnałem nośnym modulatora.

Najprostszy, a przy tym efektywny jest

detektor obwiedni (detektor wartości średniej, detektor

szczytowy). Kiedy demodulacja realizowana jest w układzie

jak na

rysunku 11, wystarczy

doprowadzić sygnał do układu zakładając, że charakterystyka diody może być aproksymowana dwoma
odcinkami linii prostej. Jest to możliwe, gdy amplituda sygnału jest duża wobec napięcia na złączu
spolaryzowanym w kierunku przepustowym tzn. większa niż 0,7V. Nachylenie charakterystyki dla
kierunku przewodzenia wynosi R

+ r

d

, gdzie r

d

jest uśrednioną rezystancją diody a r

d

<< R . Prąd w

obwodzie ma kształt połówek sinusoidy o amplitudzie zależnej od sygnału modulującego.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

14

Rys. 11. Układ demodulatora diodowego a) schemat b) reprezentacja graficzna

Składowa średnia ciągu połówek sinusoidy wyraża się wzorem:

(

)

d

ś

r

r

R

U

I

I

+

=

=

π

π

max

(30)

gdzie I

max

jest amplitudą prądu, równą modulowanej amplitudzie napięcia U, podzielonej przez

R + r

d

.

Wartość I

ś

r

składa się z dwóch przebiegów:

małej częstotliwości

(

)

d

r

R

t

m

U

i

+

=

π

ω

ω

cos

0

(31)

składowej stałej

(

)

d

r

R

U

I

+

=

π

0

0

(32)

Przebieg (32) odtwarza obwiednię sygnału zmodulowanego, a więc kształt oczekiwanej

informacji. Napięcie wyjściowe o tej częstotliwości:

t

U

R

r

t

m

U

R

i

u

d

ω

π

ω

ω

ω

ω

cos

1

cos

0

=













+

=

=

(33)

Wielkość U

ω

jest amplitudą zdemodulowanego sygnału wyjściowego.

Sprawnością demodulacji amplitudy nazywa się stosunek tej amplitudy do amplitudy sygnału

zmodulowanego:

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

15

π

π

η

ω

1

1

1

0

≈













+

=

=

R

r

mU

U

d

(34)

W przypadku modulacji bez fali nośnej lub modulacji jednowstęgowej bez fali nośnej

obwiednia przebiegu zmodulowanego nie podąża za kształtem sygnału e(t) i wyżej omówiony układ
detektora obwiedni nie nadaje się. W celu uzyskania demodulacji należy odtworzyć falę nośną i
doprowadzić ją wraz z sygnałem zmodulowanym na dwa

wejścia układu mnożącego.

Układ taki jest

nazywany detektorem synchronicznym.

Ponieważ detektory synchroniczne należą do układów bardziej złożonych i kosztownych,

dlatego systemy SSB są stosowane w przypadku niewielkiej liczby odbiorników np. w radiotelefonach
lub w profesjonalnych systemach łączności. Detektory synchroniczne działają poprawnie także w
przypadku przebiegów AM z falą nośną.

3. Z

agadnienia do samodzielnego przygotowania

-

Na czym polega modulacja i demodulacja amplitudy i jaki jest jej cel ?

-

Jakie mamy rodzaje modulacji i demodulacji, oraz jakie układy znajdują zastosowanie ?

-

Współczynnik głębokości modulacji, górna i dolna wstęga boczna, oraz przemodulowanie.

-

Od czego zależy związek między całkowitą mocą czynną przebiegu zmodulowanego i mocą fali

nośnej ?

-

Widmo przebiegu zmodulowanego amplitudowo.

-

Układ mnożący w zastosowaniu jako modulator i demodulator amplitudy.

-

Demodulator synchroniczny sygnałów AM.

4. A

paratura pomiarowa

-

oscyloskop dwukanałowy

-

generator funkcyjny, np. G430

-

generator funkcyjny z regulacją składowej stałej DC, np. G432

-

miernik zniekształceń nieliniowych

-

analizator widma

-

zestaw laboratoryjny (kaseta) pkt 4.1.

4.1. Z

estaw laboratoryjny

Płyta czołowa układu do badania modulacji i demodulacji amplitudy (rys. 12) jest wyposażona

w pięć niezależnych modułów. Na płycie ponadto znajdują się elementy regulacyjne – potencjometry,
przełączniki, gniazda wtykowe wejściowe i wyjściowe oraz gniazda typu BNC. Badane układy wyma-
gają symetrycznego zasilania na

±

15 V oraz +5 V w przypadku generatorów.

Ponieważ każde z wejść lub wyjść oraz potencjometry i przełączniki na płycie czołowej mogą

mieć dla różnych modułów odmienne przeznaczenie, w opisie zostaną więc podane ich funkcje.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

16

Zdublowane wejścia i wyjścia na poszczególne moduły znajdujące się w panelach oraz przej-

ś

cia na różne rodzaje gniazd wtykowych (m.in. BNC) gwarantują komfort kombinacji połączeń i ob-

serwacji wybranego fragmentu przebiegu sygnału na oscyloskopie.

W skład układu laboratoryjnego wchodzą następujące elementy: zasilacz stabilizowany ±15V;

±5V; generator funkcyjny 10Hz – 100kHz; modulator AM; demodulator AM .

4.1.1. M

odulator i demodulator AM (moduł 10 i 11)

Układem pomiarowym, a zarazem przykładem zastosowania układu mnożącego, jest modulator

i demodulator sygnałów AM. Schematy ideowe rozważanych układów przedstawiają rys. 13 oraz rys.
14. Do konstrukcji układów zostały wykorzystane scalone układy mnożące AD633JN – jeden jako
modulator, drugi jako demodulator.

Na wejście pierwsze badanego modułu podaje się sygnał częstotliwości nośnej u(t), natomiast

na wejście drugie sygnał modulujący e(t). Zgodnie z zależnością dla układów mnożących
na wyjściu modulatora otrzymujemy sygnał:

t

U

V

t

e

WY

Ω













+

=

cos

10

)

(

1

(35)

modulacji AM z falą nośną DSB lub bez fali nośnej DSBSC.

Rezystory R

2

i R

3

polaryzują wejścia układu U1 pracującego jako modulator. Ponadto na rezy-

storze R

3

następuje wytłumienie fali nośnej do zera, co umożliwia uzyskanie modulacji bez fali nośnej.

Kiedy na wyjście modulatora (nóżka 7 układu U1) zostanie podłączony filtr pasmowoprzepustowy
16,3 – 19,6 kHz można otrzymać modulację jednowstęgową SSB lub SSBSC.

Aby zrealizować proces odwrotny – demodulację AM, nóżkę 7 układu U1 należy podać na

nóżkę 1 U2 demodulatora. Na drugie wejście demodulatora nóżka 3 U2 podajemy sygnał fali nośnej.
Wyjście demodulatora jest obciążone filtrem dolnoprzepustowym R

1

C

1

. Sygnał z wyjścia filtru jest

dostępny na wyjściu demodulatora.

W celu zabezpieczenia układu AD633JN na wejścia i wyjścia zarówno modulatora jak

i demodulatora zostały włączone układy dopasowujące ze wzmacniaczem

µ

A741.

Jak wynika z zależności (36) współczynnik głębokości modulacji dla modulatora z zastosowa-

nym układem mnożącym AD633JN wynosi:

V

E

m

10

=

(36)

Celem porównania detektora synchronicznego z najprostszym układem detekcyjnym w module demo-
dulatora został wbudowany prosty detektor obwiedni, który możemy zastosować tylko w przypadku
modulacji dwuwstęgowej z falą nośną.

Schemat detektora obwiedni ukazuje rys. 15.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

17

R

y

s.

1

2

.

P

ły

ta

c

zo

ło

w

a

u

k

ła

d

u

d

o

b

ad

an

ia

m

o

d

u

la

cj

i

i

d

em

o

d

u

la

cj

i

am

p

li

tu

d

y

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

18

Filtr

300Hz-3,4kHz

+15V

-15V

U

2

10k

Ω

2

3

100k

Ω

C

2

470nF

R

2

10k

Ω

1

2

3

4

8

7

6

5

-15V

2

3

-15V

7

+15V

100k

Ω

10k

Ω

100k

Ω

+15V

-15V

7

4

2

3

C

3

100nF

R

3

10k

Ω

+15V

-15V

7

4

+15V

10k

Ω

4

SYGNAŁ

MODULUJ

Ą

CY

6

6

6

U1

AD633JN

NO

Ś

NA

SYGNAŁ

NO

Ś

NY

741

741

741

+15V -15V

+15V -15V

Filtr

16,3-19,6kHz

WYTŁUMIENIE

NO

Ś

NEJ

SYGNAŁ

ZMODULOWANY

Filtr

16,3-19,6kHz

U

1

Rys. 13. Schemat modulatora DSB/DSBSC; SSB/SSBSC

10k

Ω

2

3

100k

Ω

+15V

-15V

7

4

-15V

+15V

U

2

10k

Ω

100k

Ω

+15V

-15V

2

3

-15V

7

+15V

100k

Ω

4

6

R

1

220

Ω

U

1

10k

Ω

SYGNAŁ

ZDEMODULOWANY

1

2

3

4

8

7

6

5

7

4

2

3

6

6

SYGNAŁ

ZMODULOWANY

AD633JN

C

1

2,2

µ

F

NO

Ś

NA

741

741

741

Na płycie

czołowej

tłumienie no

ś

nej

U2

+15V -15V

Filtr

300-3400 Hz

Rys. 14. Schemat demodulatora DSB/DSBSC; SSB/SSBSC

R

10k

Ω

DOG1N4148

C

1

4,7nF

C

2

33nF

R

10k

Ω

SYGNAŁ

ZMODULOWANY

AMPLITUDOWO

SYGNAŁ

ZDEMODULOWANY

Rys. 15. Schemat detektora obwiedni dla f

n

= 16

÷

20kHz i f

mod

= 2 kHz (C

1

)

lub f

mod

= 500 Hz (C

2

)

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

19

4.1.2. G

enerator funkcyjny (moduł 02)

Generator funkcyjny wytwarza kilka przebiegów o różnych kształtach. Na ogół są to przebiegi

okresowe drgań trójkątnych, prostokątnych i sinusoidalnych. Generator funkcyjny umożliwia przy tym
regulację różnych parametrów generowanych sygnałów np.: częstotliwość, współczynnik wypełnienia
i inne.

Generację kilku funkcji jednocześnie można zrealizować różnymi sposobami. Najczęściej sto-

sowane są układy, w których przebiegi trójkątne i prostokątne wytwarza się przez szeregowe połącze-
nie integratora i przerzutnika, a następnie podając otrzymany przebieg trójkątny na układ formujący
otrzymuje się przebieg sinusoidalny.

Generator ten wykonany jest w oparciu o układ ICL 8038 firmy HARRIS. Dla umożliwienia

obserwacji na oscyloskopie pracy układu, generator został wyposażony w wyjście OUT, wyjście –
30dB pozwala na obserwację przebiegów zmniejszonych w stosunku do sygnałów na wyjściu OUT
oraz wyjście TTL, służące do sterowania układami TTL. Generator posiada również wejście FM. Po-
dając na nie przebieg sinusoidalny z innego generatora funkcyjnego możemy obserwować na wyjściu
OUT sygnał zmodulowany częstotliwościowo.

4.1.3. F

iltr aktywny (moduł 20 i 21)

Zadaniem filtrów aktywnych jest przepuszczanie sygnałów znajdujących się w pewnym zakre-

sie częstotliwości, zwanym pasmem przenoszenia filtru, a tłumienie sygnałów poza tym zakresem .
Filtr aktywny, obok elementów biernych RC, zawiera kilka wzmacniaczy operacyjnych, a jego wła-
ś

ciwości są większości zastosowań lepsze niż filtrów pasywnych RLC. Zaletą filtrów aktywnych jest

to, że unika się bardzo kłopotliwych w wykonaniu cewek.

Głównym elementem filtru jest układ TL 084: składający się z czterech wzmacniaczy opera-

cyjnych .

Filtr Butterwortha dolnoprzepustowy 4 rzędu 0-3400Hz (FDP).

Rys. 16. Schemat ideowy filtru 0-3400Hz

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

20

100.00

1000.00

10000.00

f [Hz]

0.01

0.10

1.00

Ku [V/V]

Rys. 17. Charakterystyka filtru LP 300 Hz - 3,4 kHz przy U

wej

= 4,5 V

Filtr Butterwortha pasmowo przepustowy 4 rzędu 300-3400Hz (FPP) został wykonany z

dwóch filtrów FDP-(LP) i FGP połączonych szeregowo, tworząc w ten sposób FPP-(BP).

Rys. 18. Schemat ideowy filtru 300-3400Hz

100.00

1000.00

10000.00

f [Hz]

0.01

0.10

1.00

Ku [V/V]

Rys. 19. Charakterystyka filtru BP 300 Hz - 3,4 kHz przy U

wej

= 4,5 V

Filtr Butterwortha pasmowo przepustowy 4 rzędu 16-19kHz (FPP).

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

21

Rys. 20. Schemat ideowy filtru 16-19kHz

1.00

10.00

100.00

f [kHz]

0.01

0.10

1.00

Ku [V/V]

Rys. 21. Charakterystyka filtru pasmowoprzepustowego 16,3 – 19,6 kHz przy U

wej

= 2 V

5. P

rogram ćwiczenia

-

Zestawić układ jak na rysunku 22, a następnie wg rysunku 23.

Rys. 22. Schemat blokowy układu pomiarowego modulatora

Ch 1

Ch 2

T

MODUŁ 10

MODULATOR DSB/SSB

16 - 20
kHz

LP

BP

MOD

min

max

0.3 - 3.4
kHz

4

8

NO

Ś

NA

GENERATOR

-5V

10

0

DC

AC

10V

0

5V

+5V

100

1

10

kHz

x

Hz

MOD

0.1 WY

TTL

WY

1

10

9

8

7

6

5

4

3

2

MODUŁ 02

GENERATOR

-5V

10

0

DC

AC

10V

0

5V

+5V

100

1

10

kHz

x

Hz

MOD

0.1 WY

TTL

WY

1

10

9

8

7

6

5

4

3

2

MODUŁ 02

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

22

Rys. 23. Schemat blokowy układu pomiarowego demodulatora

-

Ustawić na generatorze funkcyjnym sygnał nośnej (wejście 1 U1) częstotliwość

F = 16 kHz i amplitudę możliwie dużą, lecz nie większą od 10 V.

-

Na generatorze sygnału modulującego (wejście 2 U1) częstotliwość modulującą f = 1 kHz

i amplitudę około 3 V.

-

Zaobserwować przebiegi na wyjściu modulatora (wyjście U1) dla modulacji DSB

i DSBSC. Następnie na wyjście układu modulatora podłączyć filtr 16,3 – 19,6 kHz (czwartego lub
ósmego rzędu) i zaobserwować czy uzyskany przebieg jest modulacją jednowstęgową SSB lub
SSBSC.

-

Regulując potencjometrem na płycie czołowej modulatora sprawdzić jaki wpływ na przebiegi, ma

tłumienie nośnej w trakcie pomiaru.

-

Po włączeniu układu wg schematu przedstawionego na rys. 5, zaobserwować przebiegi na wyjściu

demodulatora dla wszystkich rodzajów modulacji. Jaki wpływ ma zastosowany na wyjściu demo-
dulatora filtr dolnoprzepustowy.

-

Zaobserwować jak przebiega demodulacja standardowej modulacji AM (DSB) w prostym detekto-

rze obwiedni dla częstotliwości nośnej F = 16 – 20 kHz i częstotliwości modulującej f = 2 kHz
(przełącznik w pozycji C1), oraz f = 500 Hz (przełącznik w pozycji C2)

-

Dokonać pomiaru współczynnika głębokości modulacji. W układzie modulatora, wybierając rodzaj

modulacji i zmieniając amplitudę sygnału modulującego w przedziale od 0 – 10 V, wykonać po-
miar zależności m = f(E) przy f = const.

Głębokość modulacji wyznaczyć ze wzoru:

%

100

[%]

B

A

B

A

m

+

−

=

(37)

dokonując pomiaru przebiegu zmodulowanego na oscyloskopie wg rys.1.c, lub metodą trapezową rys.
24.

MODUŁ 11

DEMODULATOR DSB/SSB

0.3 - 3.4
kHz

C1

C2

MOD

LP

BP

NO

Ś

NA

min

max

WZM

16

kHz

Ch 1

Ch 2

T

MODUŁ 10

MODULATOR DSB/SSB

16 - 20
kHz

LP

BP

MOD

min

max

0.3 - 3.4
kHz

4

8

NO

Ś

NA

GENERATOR

-5V

10

0

DC

AC

10V

0

5V

+5V

100

1

10

kHz

x

Hz

MOD

0.1 WY

TTL

WY

1

10

9

8

7

6

5

4

3

2

MODUŁ 02

GENERATOR

-5V

10

0

DC

AC

10V

0

5V

+5V

100

1

10

kHz

x

Hz

MOD

0.1 WY

TTL

WY

1

10

9

8

7

6

5

4

3

2

MODUŁ 02

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

23

Rys. 24. Schemat do pomiaru współczynnika głębokości modulacji metoda trapezową

W metodzie trapezowej napięcie zmodulowane doprowadza się do wejścia kanału Y, a do wej-

ś

cia kanału X sygnał modulujący. Wówczas przy modulacji amplitudy i m < 1 na ekranie oscyloskopu

pojawia się trapez:

kiedy m = 1 trapez przekształca się w trójkąt:

a kiedy m > 1, czyli pojawi się przemodulowanie, to na ekranie oscyloskopu można zobaczyć przebieg
jak poniżej:

Jeśli górny i dolny bok trapezu jest zakrzywiony, to modulacja uległa zniekształceniu.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

24

Porównać obie metody wyznaczania współczynnika głębokości modulacji.

-

Zdjąć charakterystyki demodulatora:

zależność amplitudy u

wy

od współczynnika głębokości modulacji u

wy

= f(m) przy F = const.

i U = const.
zależność amplitudy u

wy

od częstotliwości nośnej u

wy

= f(F) przy U = const. i m = const.

-

Dokonać pomiaru zniekształceń wprowadzonych w procesie modulacji i demodulacji. Porównać

za pomocą oscyloskopu przebiegi modulujący i zdemodulowany. Następnie zmierzyć miernikiem
zniekształceń nieliniowych poziom zniekształceń na wyjściu demodulatora. Zmierzyć zależność
współczynnika zniekształceń h = f(E) przy f = const. zmieniając amplitudę sygnału modulujące-
go.

-

Analiza widma sygnału zmodulowanego amplitudowo.

Podłączyć na wejście układu modulatora przebieg modulowany (fala nośna) i przebieg modulują-

cy. Przebieg zmodulowany podać na wejście analizatora widma. Zbadać wpływ poziomu przebiegu
modulującego i jego częstotliwości na rozkład i kształt badanego widma. Analizę przeprowadzić dla
wszystkich rodzajów modulacji.

-

Zdjąć charakterystyki filtrów 300 Hz – 3,4 kHz jako dolnoprzepustowego i pasmowoprzepustowe-

go oraz filtru 16,3 – 19,6 kHz pasmowoprzepustowego.

6. O

pracowanie wyników pomiarów

- Schematy, właściwości i parametry badanych układów.

-

W sprawozdaniu zamieścić rysunki obserwowanych przebiegów.

-

Jaki wpływ na przebieg ma tłumienie fali nośnej.

-

Na podstawie dokonanych pomiarów wykreślić zdjęte charakterystyki.

-

Na postawie przeprowadzonych pomiarów określić współczynnik głębokości modulacji.

-

Zanalizować poziom zniekształceń wprowadzonych w procesie modulacji i demodulacji AM.

7. L

iteratura

[1] Baranowski J., Czajkowski G.: Układy elektroniczne analogowe i impulsowe. WNT, Wwa 1998.
[2] Chojnacki W.: Układy scalone w urządzeniach krótkofalarskich. WKiŁ, Warszawa, 1975.
[3] Filipkowski A.: Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe. WNT, Warszawa, 1995.
[4] Golde W.: Układy elektroniczne, t.II. WNT, Warszawa, 1976.
[5] Gregg W.D.: Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej. WNT, Warszawa, 1983.
[6] Haykin S.: Systemy telekomunikacyjne. t.I. WKiŁ, Warszawa, 1998.
[7] Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki. t.II. WKiŁ, Warszawa, 1996.
[8] Izydorczyk J., Płonka G.: Teoria sygnałów, Wstęp. Helion, 1999.
[9] Kulka Z., Nadachowski M.: Analogowe układy scalone. WKiŁ, Warszawa, 1980.
[10] Kulka Z., Nadachowski M.: Zastosowanie liniowych wzmacn. operacyjnych. WKiŁ, Wwa, 1984.
[11] Lathi B.P.: Systemy telekomunikacyjne. WNT, Warszawa, 1972.
[12] Lurch E. N.: Podstawy techniki elektronicznej. PWN, Warszawa, 1974.
[13] Niedźwiecki M., Rasiukiewicz M.: Nieliniowe elektroniczne ukł. analogowe. WNT, Wwa, 1994.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM

Politechnika Opolska

25

[14] Pawłowski J.: Podst. układy elektroniczne – Nieliniowe układy analogowe. WKiŁ, Wwa, 1979.
[15] Radioelektronik: 10/97; Układ LM 1496 / LM 1596; s.17.
[16] Radioelektronik: 5/85; Układ UL 1042N; s.19.
[17] Seely S.: Układy elektroniczne. WNT, Warszawa, 1972.
[18] Soclof S.: Zastosowanie analogowych układów scalonych. WKiŁ, Warszawa, 1991.
[19] Szabatin J.: Podstawy teorii sygnałów. WKiŁ, Warszawa, 1990.
[20] Zagajewski T.: Układy elektroniki przemysłowej. WNT, Warszawa, 1973.

[21] „ CB radio – Rodzaje emisji ”

http://www.radio.cb.pl/ie/4.htm

[22] „ Demodulacja obwiedni. Sygnały...”

http://www.elektronika.pl/Rt1/sygnały_6.htm

[23] „ Hewlett Packard ”

http://www.hp.com/

[24] „ Interactive Amplitude Modulation Model ”

http://www.tm.agilent.com/tmo/Notes/interactive/an-150-1/indeks/htm

[25] „ Modulacja AM – Teoria ”

http://www.ece.queensu.ca/hpages/courses/elec322/

[26] „ Modulate, Demodulate, Heterodyne, Mix, Beat, Translate...”

http://www3.ncsu.edu/ECE480/indeks.html

[27] „ Motorola (datasheet)”

http://motserv.indirect.com/

[28] „ Analog Devices: AD633JN”

http://www.analog.com/

[29] „ Harris Semiconductor: ICE 8038 ”

http://intersil.com

[30] „ National Semiconductor: LM 1496/ LM 1596”

http://www.national.com/

[31] „ Philips Semiconductors: MC 1496/ MC 1596”

http://www.design-NET.com