Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE– Gliwice 2013

Instrukcja 11

MODULACJA I DEMODULACJA

1.

Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi rodzajami modulacji i demodulacji,

ich podstawowymi parametrami, zasadą działania układów do modulacji i demodulacji.

Zakres ćwiczenia obejmuje wyznaczenie na podstawie wykonanych pomiarów wybranych

parametrów oraz oscyloskopową obserwację przebiegów procesów modulacji i demodulacji.

2.

Wprowadzenie teoretyczne

Modulacją nazywamy zakodowanie informacji, danej jako sygnał elektryczny, w postaci zmian

parametru innego przebiegu elektrycznego. Pierwszy z nich jest nazywany przebiegiem modulującym,
drugi – sygnałem modulowanym. Celem modulacji jest:

•

przetworzenie informacji w taki sposób, aby była ona odpowiednia do przesłania od źródła do
odbiornika w kanale informacyjnym,

•

umożliwienie jednoczesnego i niezależnego przesyłania wielu różnych sygnałów,

•

stworzenie warunków do dogodniejszego przesyłania sygnałów np.: aby sygnał był odporny na
zakłócenia,

•

umożliwienie poufnego przesyłania sygnałów - utajnianie wiadomości, kodowanie, szyfrowanie.

Wyniku procesu modulacji sygnał użyteczny małej częstotliwości (sygnał modulujący) wpływa na

określone parametry sygnału sinusoidalnego wielkiej częstotliwości (sygnału modulowanego). Sygnał
modulowany nazywany jest również falą nośną. W zależności, który parametr fali nośnej ulega zmianie
rozróżniamy następujące rodzaje modulacji:

•

modulację amplitudy (AM - Amplitude Modulation), polegającą na przekształceniu sygnału
modulowanego o stałej częstotliwości w taki sposób, że amplituda otrzymanego sygnału
zmodulowanego jest proporcjonalna do wartości sygnału modulującego,

•

modulację częstotliwości (FM - Frequency Modulation), przy której amplituda sygnału
zmodulowanego jest stała, zaś jego częstotliwość zmienia się wokół częstotliwości sygnału
modulowanego proporcjonalnie do wartości sygnału modulującego,

•

modulację fazy (PM - Phase Modulation), gdy faza sygnału zmodulowanego zmienia się
proporcjonalnie do wartości sygnału modulującego.

Modulację częstotliwości i fazy nazywa się ogólnie modulacją kąta.

2.1.

Modulacja amplitudy AM

W modulacji amplitudy informacja przenoszona jest w amplitudzie sygnału zmodulowanego,

którego ogólna postać wygląda następująco:

( )

( ) 1

( )

n

m

u t

u t

k u t

=

+ ⋅

=

+ ⋅

=

+ ⋅

=

+ ⋅

































(11.1)

gdzie:

u

n

(t) – fala nośna,

u

m

(t) – sygnał modulujący,

k

– współczynnik proporcjonalności.

2

Analogowe Elementy i Układy Elektroniki

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

Jeżeli sygnał nośny opisany jest zależnością:

(

)

( )

cos

n

n

n

n

u t

U

t

=

ω + ϕ

(11.2)

a sygnał modulujący (informacyjny) ma postać:

(

)

( )

cos

m

m

m

m

u t

U

t

=

ω + ϕ

(11.3)

z zachowaniem warunku:

n

m

ω >> ω

(11.4)

oraz przyjmując, że fazy początkowe obu przebiegów φ

m

= 0 oraz φ

n

= 0 są równe zero, to wyniku

procesu modulacji uzyskamy przebieg zmodulowany opisany zależnością:

( )

(1

cos

) cos

n

m

n

u t

U

m

t

t

=

+

ω

ω

(11.5)

gdzie:

m

n

U

m

U

=

- współczynnik modulacji.

U

n

(t)

U

m

(t)

U(t)

t

t

t

Rys. 11.1 Modulacja amplitudy AM sygnał nośny U

n

(t), sygnał modulujący U

m

(t)

oraz sygnał zmodulowany U(t)

Współczynnik modulacji jest parametrem charakteryzującym modulację amplitudy i równy

stosunkowi amplitudy sygnału modulującego do amplitudy fali nośnej w sygnale zmodulowanym.
Współczynnik modulacji mieści się w zakresie 0…1, dość często podawany jest również w procentach.
Współczynnik ten można również obliczyć według następującego wzoru:

A

B

m

A

B

−−−−

====

++++

(11.6)

gdzie:

A

,

B - maksymalną i minimalną wartość obwiedni sygnału zmodulowanego

.

Instrukcja do ćwiczenia – Modulacja i Demodulacja

3

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

Rys. 11.2 Modulacja amplitudy AM: a)wyznaczenie współczynnika modulacji;

b)przebieg zmodulowany dla współczynnika głębokości modulacji m = 1; c) m > 1

Gdy głębokość modulacji wynosi 1 (rys. 11.2b), to maksymalna wartość chwilowa napięcia osiąga

wartość 2U

n

, a minimalna wartość chwilowa obwiedni maleje do zera. Przemodulowanie pokazano na

rys. 11.2c. Przebieg zmodulowany jest nieciągły i nie można z niego odtworzyć przebiegu
informacyjnego.

Korzystając z twierdzenia kosinusów wzór (11.5) można przekształcić do postaci:

( )

cos

cos(

)

cos(

)

2

2

n

n

n

n

n

m

n

m

mU

mU

u t

U

t

t

t

=

ω +

ω − ω

+

ω + ω

(11.6)

Z zależności tej wynika, że sygnał zmodulowany można przedstawić jako suma trzech przebiegów

sinusoidalnych: nośnego o częstotliwości ω

n

oraz dwóch przebiegów o częstotliwościach ω

n

-ω

m

i ω

n

+ω

m

.

Na rys. 11.3 przedstawiono widomo harmonicznych sygnału zmodulowanego składa się ono z prążka
odpowiadającego fali nośnej oraz sygnału różnicowego i sumacyjnego. Jeżeli przebieg modulujący nie
jest pojedynczą sinusoidą – zostaną wtedy wytworzone dwie wstęgi boczne o tej samej szerokości.
Wstęgi boczne odwzorowują sygnał informacyjny i to one przenoszą informację. W takim przypadku
mówimy o modulacji dwuwstęgowej z falą nośną (AM-DSB).

Szerokość pasma zajmowanego przez dwuwstęgowy sygnał zmodulowany amplitudowo jest równa

podwójnej wartości największej częstotliwości sygnału modulującego:

(

)

(

)

2

n

m

n

m

m

B

= ω + ω − ω − ω = ω

(11.7)

n

m

ω + ω

n

m

ω − ω

n

ω

2

n

mU

2

n

mU

n

U

ω

U

min

n

ω + ω

min

n

ω − ω

max

n

ω + ω

max

n

ω − ω

n

ω

ω

n

U

U

Rys. 11.3. Widmo harmonicznych zmodulowanych: a) sygnałem sinusoidalnym;

b) sygnałem zajmującym widmo od ω

min

do ω

max

a)

b)

c)

4

Analogowe Elementy i Układy Elektroniki

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

Całkowita moc sygnału zmodulowanego wynosi:

2

2

n

n

m

P

P

P

=

+

(11.8)

gdzie:

P

n

– jest mocą fali nośnej,

P

– całkowita moc przebiegu modulowanego przy głębokości modulacji

m.

Z powyższego wzoru wynika, ze tylko niewielka część sygnału zmodulowanego niesie informacje

o sygnale modulującym (druga część wzoru). Dlatego modulacja amplitudy jest nieekonomiczna,
ze względu na duże straty mocy powodowane przesłaniem fali nośnej. Aby zwiększyć moc niosącą
informację o sygnale modulującym ogranicza się zawartość fali nośnej w sygnale zmodulowanym.
Przypadek taki nazywamy

modulacją dwuwstęgową bez fali nośnej (AM-DSB-SC).

Przebieg zmodulowany bez fali nośnej można jeszcze bardziej uprościć opierając się na

spostrzeżeniu, że obie wstęgi niosą identyczną informację. Można więc przesłać tylko jedną wstęgę.
Przypadek taki nazywamy

jednowstęgową modulacją amplitudy (AM-SSB), a bez fali nośnej

(AM-SSB-SC). Jest to najbardziej efektywny rodzaj modulacji amplitudowej, gdyż pozwala zarówno na
ograniczenie pasma transmisji jak i ograniczenie przesyłanej mocy.

Rys. 11.4 Modulator amplitudy

Przebieg zmodulowany amplitudowo uzyskuje się przez mnożenie analogowe sygnału

modulującego i przebiegu nośnego. Przykładem modulatora amplitudy może być układ
wzmacniacza różnicowego ze sterowanym napięciowo źródłem prądowym w obwodzie emitera

(rys. 11.4)

.

Ponieważ wzmocnienie wzmacniacza różnicowego zależy liniowo od prądu emitera, na

wyjściu uzyskuje się sygnał nośny

U

n

o wartości zależnej od sygnału modulującego

U

m

, czyli

zmodulowany amplitudowo. Obwód rezonansowy stanowiący obciążenie tranzystora

T

2

umożliwia

uzyskanie w widmie napięcia wyjściowego tylko prążków o pulsacjach ω

n

,

ω

n

-ω

m

oraz ω

n

+ω

m

. Tłumiona

jest natomiast częstotliwości przebiegu modulowanego ω

m

.

2.2.

Modulacja częstotliwości FM

Modulacja częstotliwości polega na uzależnieniu częstotliwości fali nośnej od amplitudy sygnału

modulującego, czyli przesyłana informacja zawarta jest w częstotliwości chwilowej sygnału
zmodulowanego (rys. 11.5). Częstotliwość chwilowa przebiegu zmodulowanego będzie, zatem równa:

( )

( )

n

f

m

f t

f

k u t

=

+

=

+

=

+

=

+

(11.9)

gdzie:

f

n

– częstotliwość fali nośnej,

u

m

(t) – sygnał modulujący,

k

f

– współczynnik proporcjonalności.

Instrukcja do ćwiczenia – Modulacja i Demodulacja

5

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

Rys. 11.5. Modulacja częstotliwości FM: a) sygnał modulujący;

b) sygnał zmodulowany

Jeżeli sygnał fali nośnej jest opisany równaniem (11.1) a sygnał modulujący (11.2) oraz spełniony

jest warunek (11.3) to chwilowa wartość pulsacji fali nośnej jest równa:

( )

cos

cos

n

n

f

m

m

n

m

t

k U

t

t

ω

= ω +

ω = ω + ∆ω

ω

(11.10)

gdzie:

∆ω

- dewiacja pulsacji,

2

f

∆ω

∆ =

π

- dewiacja częstotliwości.

Dewiacja częstotliwości (mówimy również o dewiacji pulsacji) określa maksymalną wartość

odchylenia częstotliwości chwilowej, czyli amplitudę zmian częstotliwości przebiegu zmodulowanego od
częstotliwości

f

n

przebiegu nośnego. Dewiacja jest proporcjonalna do amplitudy przebiegu modulującego.

Wartość chwilowa kąta fazowego fali nośnej wynosi:

( )

( )

sin

n

n

n

m

m

t

t dt

t

t

∆ω

ϕ

= ω

= ω +

ω

ω

∫

(11.11)

zatem chwilowa wartość przebiegu zmodulowanego wynosi:

( )

cos

sin

n

n

m

m

u t

U

t

t





∆ω

=

ω +

ω





ω





(11.12)

gdzie:

f

m

m

f

m

f

∆ω ∆

=

=

ω

- dewiacja częstotliwości.

Ostatecznie przebieg sygnału z modulacją częstotliwości ma postać:

(

)

( )

cos

sin

n

n

f

m

u t

U

t

m

t

=

ω +

ω

(11.13)

Rozkład widmowy funkcji opisanej powyższą zależnością przedstawia częstotliwość nośną

i nieskończoną liczbę wstęg bocznych, o częstotliwościach ω

n

-n ω

m

i ω

n

+n ω

m

, gdzie n =1, 2, ... ∞,

rozmieszczonych symetrycznie względem przebiegu nośnego ω

n

. Amplitudy poszczególnych prążków,

proporcjonalne do U

n

, są określone funkcjami Bessela o wartościach zależnych od m

f

i n.

(

)

( )

(

) cos

n

n

f

n

m

n

u t

U

J m

n

t

∞

=−∞

=

ω + ω

∑

(11.14)

gdzie:

J

n

(m

f

) - wartość funkcji Bessela pierwszego rodzaju n-tego rzędu.

6

Analogowe Elementy i Układy Elektroniki

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

Rys. 11.6 Wykres funkcji Bessela pierwszego rodzaju

Ponieważ funkcje Bessela dla n większego lub równego m

f

+1 przyjmują pomijalnie małe wartości,

praktycznie w widmie sygnału zmodulowanego prążki boczne wyższych harmonicznych sygnału
modulującego mogą być pominięte, bowiem przenoszą znikomo małą energię (rys. 11.7). Pasmo
zajmowane przez zmodulowany sygnał częstotliwości jest znacznie szersze od pasma zajmowanego przez
przebieg zmodulowany amplitudowo, gdyż na ogół ∆f > f

m

(czyli m

f

> 1). Ponadto szerokość tego pasma

zależy głównie od dewiacji ∆f, a więc od amplitudy sygnału modulującego. Dlatego też szerokość pasma
częstotliwości zajmowanego przez zmodulowany sygnał częstotliwości ogranicza się do:

(

)

(

)

2

2

1

gr

gr

f

B

f

f

f

m

= ∆ +

=

+

(11.15)

gdzie:

B

– szerokość pasma sygnału modulowanego,

f

gr

– częstotliwość graniczna sygnału modulującego.

Dla m

f

≤ 1 widmo harmonicznych

oprócz porażka fali nośnej zawiera po
jednym prążku wstęg bocznych, a szerokość
pasma

zajmowanego

przez

sygnał

zmodulowany częstotliwościowo FM jest
taki sam jak dla modulacji amplitudowej
AM–DSB. Taką modulację nazywamy
modulacją wąskopasmową. Modulację, dla
której

m

f

>

1

nazywamy

modulacją

szerokopasmową.

Modulacja częstotliwości może być

przeprowadzona w układzie generatora
przestrajanego

napięciem,

którego

częstotliwość

powinna

się

zmieniać

proporcjonalnie

do

wartości

napięcia

sterującego.

Efekt

taki

uzyskamy,

zmieniając

sygnałem

modulującym

częstotliwość rezonansową obwodu LC
generatora. Można to osiągnąć przez
dołączenie równolegle do obwodu LC
reaktancji pojemnościowej (lub indukcyjnej)
zależnej liniowo od wartości napięcia lub
prądu sygnału modulującego.

Rys. 11.7 Widmo sygnału FM dla m

f

=1, 2 i 5

Instrukcja do ćwiczenia – Modulacja i Demodulacja

7

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

W najprostszym przypadku do przestrajania obwodu rezonansowego może być zastosowana dioda

pojemnościowa spolaryzowana wstępnie w kierunku zaporowym. Zmiana polaryzacji, wymuszona
sygnałem modulującym spowoduje zmianę pojemności diody, a więc przestrojenie generatora.

Rys.1.8 Generator Colpittsa jako modulator częstotliwości

Na schemacie (rys. 11.8) przedstawiono układ generatora Colpittsa, w którym jedną z dzielonych

pojemności zastąpiono diodą pojemnościową C

5

spolaryzowaną w kierunku zaporowym (w obwodzie:

U

CC

, dławik w.cz. i rezystor R

3

).

Wartość chwilowa napięcia polaryzującego diodę jest sumą

napięcia polaryzacji wstępnej i napięcia modulującego. W zależności od wartości napięcia
modulującego zmienia się pojemność diody, a więc zmienia się również częstotliwość
generatora. Przy zerowym sygnale modulującym generator wytwarza przebieg nośny
o częstotliwości

ω

n

. Gdy wartość napięcia modulującego rośnie, wzrasta również pojemność

diody i zmniejsza się wówczas częstotliwość generatora opisana zależnością:

4

5

4

4

1

gr

C

C

L

C

C

ω =

⋅

+

(11.16)

Zamiast diody pojemnościowej do obwodu rezonansowego generatora może być

przyłączony układ, którego impedancja wyjściowa ma charakter czysto reaktancyjny o wartości
zmieniającej się wraz z sygnałem modulującym.

2.3.

Demodulacja AM i FM

Demodulacja jest procesem odwrotnym do modulacji i polega na uzyskiwaniu informacji

z przebiegu zmodulowanego. Proces ten ma miejsce w układach demodulatorów, zwanych również
detektorami. Istnieją dwie podstawowe metody demodulacji amplitudy:

•

synchroniczna (koherentna) – polega na wymnożeniu sygnału zmodulowanego z sygnałem nośnym
odtworzonym w odbiorniku, a następnie produkt mnożenia podawany jest na filtr
dolnoprzepustowy o odpowiednio dobranej częstotliwości. Warunkiem prawidłowego odtworzenia
sygnału zmodulowanego jest aby sygnał fali nośnej odtworzony w odbiorniku miał tą sama
pulsacje ω

n

oraz fazę początkową φ

n

.

•

asynchroniczna – polega na wydzieleniu obwiedni sygnału zmodulowanego w układzie zwanym
detektorami obwiedni. Układy te pozwalają na detekcję sygnału bez konieczności synchronizacji ze
źródłem sygnału nośnego.

Przykładem demodulatora amplitudy jest detektor szczytowy przedstawiony na rys. 11.9. Jest to

układ nieliniowy zawierający diodę i dwójnik równoległy RC. W odcinkach czasu, gdy dioda jest
spolaryzowana w kierunku przewodzenia, następuje doładowanie kondensatora do chwilowej szczytowej
wartości sygnału zmodulowanego. W odcinkach czasu, gdy dioda jest spolaryzowana zaporowo,

8

Analogowe Elementy i Układy Elektroniki

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

kondensator rozładowuje się o niewielką wartość napięcia. Jeżeli stała czasowa ładowania będzie mała
w porównaniu z okresem fali nośnej, a stała czasowa rozładowania dostatecznie duża to na wyjściu
detektora powstaje sygnał proporcjonalny do obwiedni sygnału zmodulowanego. Proces śledzenia jest
tym dokładniejszy, im większa jest częstotliwość fali nośnej.

Rys. 11.9 Detektor szczytowy: a) schemat, b)przebieg napięcia zdemodulowanego

Demodulacja przebiegów zmodulowanych częstotliwościowo realizowana jest w trzech etapach.

W pierwszym następuje ograniczenie amplitudy, w celu pozbycia się modulacji amplitudy wynikającej
z zakłóceń i szumów. W drugim etapie, następuję dyskryminacja częstotliwości jest to proces, w którym
sygnał zmodulowany częstotliwościowo FM jest przetwarzany na sygnał zmodulowany amplitudowo.
Dlatego w pierwszym etapie następuje eliminacja pasożytniczej modulacji amplitudy. W ostatnim etapie,
następuje wydzielenie informacyjnego za pomocą jednej z metod demodulacji amplitudy.

Funkcję najprostszego dyskryminatora częstotliwości może pełnić np. wzmacniacz selektywny LC

o częstotliwości rezonansowej dobranej tak, aby częstotliwość przebiegu nośnego f

n

wypadała na zboczu

charakterystyki amplitudowej wzmacniacza (rys. 11.10) Przy zmianie częstotliwości sygnału
wejściowego o dewiację ∆f wokół częstotliwości f

n

, na wyjściu wzmacniacza otrzymuje się przebieg o

zmodulowanej amplitudzie zależnej od ∆f.

Rys. 11.10 Charakterystyka obwodu rezonansowego

Przykładem układu realizującego demodulacje częstotliwości jest detektor stosunkowy (rys. 11.11).

Zasada działania tego polega na wytworzeniu dwóch napięć wzajemnie przesuniętych w fazie o wartość
kąta zależną od częstotliwości sygnału wejściowego. Przebieg zmodulowany jest podawany na wejście
selektywnego wzmacniacza-ogranicznika, którego zadaniem jest zapewnienie stałej amplitudy tego
przebiegu. Wzajemnie sprzężone indukcyjnie obwody rezonansowe L

1

C

1

i L

2

C

2

, dostrojone są do pulsacji

przebiegu nośnego ω

n

i stanowią właściwy układ dyskryminatora fazy.

Dla częstotliwości sygnału, równej częstotliwości rezonansowej napięcie, u

1

i u

2

są przesunięte

w fazie o kąt 90°. Napięcia węzły X i Y są równe, co do wartości bezwzględnej, lecz przesunięte w fazie
o 180°. Wartość napięcia wyjściowe jest równa zero. Jeżeli częstotliwość przebiegu zmodulowanego
rośnie powyżej f

n

, to reaktancja obwodu rezonansowego L

2

C

2

przyjmuje charakter indukcyjny

i przesunięcie fazowe napięcia u

2

względem u

1

zwiększa się (przekracza 90°). Wówczas napięcie węźle X

Instrukcja do ćwiczenia – Modulacja i Demodulacja

9

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

rośnie, a wężle Y maleje o tą sama wartość. Wskutek czego spadek napięcia na rezystorze R

2

zwiększa

się, podczas gdy na R

3

maleje. Na wyjściu układu otrzymujemy napięcie dodatnie. Gdy częstotliwość

przebiegu zmodulowanego maleje poniżej f

n

, proces ten zachodzi odwrotnie. Reaktancja obwodu

rezonansowego L

2

C

2

ma charakter pojemnościowy, a więc przesunięcie fazowe między napięciem u

2

a u

1

,

maleje (poniżej 90°). Na wyjściu otrzymujemy napięcie ujemne. Wartość chwilowa napięcia
wyjściowego jest więc proporcjonalna do częstotliwości sygnału wejściowego.

Rys.11.11 Detektor stosunkowy

3.

Przebieg ćwiczenia

3.1.

Opis stanowiska laboratoryjnego

Stanowisko laboratoryjne do badania układów modulacji i demodulacji służy do pomiaru wpływu

parametrów modulacji na zniekształcenia nieliniowe. Stanowisko laboratoryjne składa się
z poszczególnych modułów, które realizują poszczególne funkcje:

•

moduł składający się z generatora wielkiej częstotliwości, modulatora FM i modulatora AM.
Moduł ten realizuje modulację sygnałów oraz generuje fale nośna o częstotliwości 6,5 MHz,

•

moduły demodulatorów AM oraz FM,

•

moduł generatora wzorcowego 1 kHz i kalibratora do miernika zniekształceń harmonicznych,

•

moduł filtrów górnoprzepustowych o częstotliwości środkowej 1kHz,

•

przetwornik szczytowy wyskalowany dla wartości skutecznej napięcia,

•

miliwoltomierz cyfrowy miernika zniekształceń,

•

miliwoltomierz cyfrowy wraz z dodatkowym przetwornikiem wartości szczytowej napięcia. Moduł
służy jako wskaźnik regulacji napięcia modulującego.

Za pomocą przełączników następuje wybór układu pomiarowego. Obciążenie badanych układów

stanowią rezystory wieloobrotowe. Gniazda BNC umożliwiają obserwację przebiegów na ekranie
oscyloskopu bez konieczności używania sond pomiarowych. Pozwalają one na zaobserwowanie
przebiegów wielkości w różnych punktach układu zasiania.

Moduł generatora wzorcowego, kalibratora zniekształceń, moduł filtrów, moduł przetwornika

szczytowego oraz miliwoltomierz tworzą miernik zniekształceń harmonicznych THD (Total Harmonic
Distortion). Działanie miernika THD oparte jest na zastosowaniu filtru selektywnego dostrojonego do
zadanej częstotliwości. Pomiar zniekształceń THD jest równy stosunkowi sygnału będącego sumą
harmonicznych za wyjątkiem pierwszej harmonicznej do sygnału badanego zwierającego wszystkie
harmoniczne. Współczynnik zniekształceń THD, jest wyrażony w procentach. Miernik THD umożliwia
pomiar zniekształceń jakie występują w procesie modulacji i demodulacji sygnału.

Generator wzorcowy wytwarza sygnał sinusoidalny o częstotliwości 1 kHz. Sygnał ten jest

wykorzystywany jako sygnał modulujący oraz jako sygnał wzorcowy wykorzystywany do kalibracji
miernika zniekształceń.

10

Analogowe Elementy i Układy Elektroniki

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

Moduł modulatorów składa się z dwóch układów scalonych: generatora sterowanego napięciem

(VCO) typu MC1648 oraz mieszacza zrównoważonego UL1042. W zależności od trybu pracy układ
salony MC1648 pełni funkcję modulatora częstotliwości (FM) oraz generatora fali nośnej dla modulacji
amplitudy (AM). Układ scalony UL1042 pełni funkcję modulatora amplitudy (AM), lub też przenosi bez
zmian sygnał zmodulowany częstotliwościowo na wyjściu modułu. Moduł ma dwa wejścia jedno jest
wejściem sygnału dla modulacji amplitudy, drugie dla modulacji częstotliwości. Generator VCO
wytwarza falę nośną potrzebną do modulacji amplitudy (AM) natomiast mieszacz UL1042 moduluje ją za
pomocą sygnału podanego na wejście modulacji amplitudowej. W trybie pracy FM generator VCO
pracuje jako modulator częstotliwości. Sygnał modulujący podawany jest na wejście modulacji
częstotliwościowej. Mieszacz UL1042 nie wykonuje żadnej operacji w wyniku braku sygnału na wyjściu
amplitudowym. Przenosi, więc sygnał z generatora VCO na wyjście. Tryb pracy ustawiany jest za
pomocą przełącznika S4 umieszczonego na płycie czołowej stanowiska. Przełącznik S4 służy do zmiany
trybu pracy (AM/FM).

Przetwornik szczytowy wchodzący w skład miernika zniekształceń jest wyskalowany w wartościach

skutecznych napięcia i połączony z woltomierzem zamieszczonym na płycie czołowej z prawej strony.
Woltomierz wskazuje wartość skuteczną przebiegu zdemodulowanego lub wartość skuteczną
zniekształceń.

3.2.

Wykonanie pomiaru zniekształceń dla modulacji amplitudowej (AM)

Do przeprowadzenia pomiaru zniekształceń należy: i) ustawić przełącznik S3 w pozycji pomiaru

sygnału całkowitego, ii) odczytać wynik i ustawić przełącznik S3 w pozycji pomiary zniekształceń, iii)
w celu dokładniejszych wskazań miliwoltomierza należy przełącznik S2 ustawić w pozycji x10,
a uzyskany pomiar należy podzielić przez 10, iv) zniekształcenia należy obliczyć na podstawie
zależności, która została podana we wprowadzeniu do ćwiczenia, v) na podstawie przeprowadzonej serii
pomiarów należy wykreślić charakterystykę zmian zniekształceń w funkcji głębokości modulacji.
Głębokość modulacji należy obliczyć z zależności podanej we wprowadzeniu do ćwiczenia zakładając, że
współczynnik proporcjonalności modulator AM k= 0,671 1/V.

3.3.

Obserwacja przebiegów na oscyloskopie modulacji amplitudowej

Za pomocą oscyloskopu należy zaobserwować przebiegi: i) sygnału zmodulowanego amplitudowo

(gniazdo G5), ii) sygnału modulującego, iii) sygnału zdemodulowanego (gniazdo G7). Kształt
przebiegów zniekształceń można zaobserwowana wyjściu G9 przełączając S3 w pozycje pomiaru
zniekształceń.

3.4.

Pomiar głębokości modulacji metodą oscyloskopową

Mierząc za pomocą oscyloskopu wartość maksymalną i minimalną obwiedni sygnału

zmodulowanego należy wyznaczyć głębokość modulacji. Pomiar należy przeprowadzić dla kilku wartości
amplitudy napięcia modulującego.

3.5.

Wykonanie pomiarów zniekształceń dla modulacji częstotliwościowej (FM)

Przełączając przełącznik S4 w pozycję FM należy wykonać serię pomiarów tak jak dla modulacji

amplitudy. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy wykreślić charakterystykę zmian
zniekształceń w funkcji dewiacji częstotliwości. Czułość modulatora k

f

jest równa 285 1/V.

3.6.

Obserwacja przebiegów na oscyloskopie modulacji częstotliwościowej (FM)

Za pomocą oscyloskopu należy zaobserwować przebiegi: i) sygnału zmodulowanego

częstotliwościowo (gniazdo G5), ii) sygnału modulującego oraz sygnału zdemodulowanego
(gniazdo G7). Kształt przebiegów zniekształceń można zaobserwować na wyjściu G9 przełączając S3
w pozycje pomiaru zniekształceń.

4.

Opracowanie wyników pomiarów

1.

Omówić uzyskane na drodze pomiarowej przebiegi, określić wpływ zmian wartości współczynnika
modulacji na sygnał zmodulowany,

2.

Wykreślić charakterystykę zmian zniekształceń w funkcji głębokości modulacji,

3.

Wyznaczyć głębokość modulacji (współczynnik proporcjonalności modulator AM k= 0,671 1/V,

Instrukcja do ćwiczenia – Modulacja i Demodulacja

11

Materiały powielane.

Wersja robocza skryptu z AEiUE – Gliwice 2013

4.

Wykreślić charakterystykę zmian zniekształceń w funkcji dewiacji częstotliwości (współczynnik
proporcjonalności modulator FM k

f

= 285 1/V).

5.

Pytania kontrolne

1.

Na czym polega modulacja amplitudowa (AM)?

2.

Co to jest głębokość modulacji?

3.

Na czym polegają różnice pomiędzy modulacją AM-DSB a modulacją AM-SSB?

4.

Omów zasadę działania modulatora i demodulatora amplitudy.

5.

Na czym polega modulacja częstotliwościowa (FM)?

6.

Co to jest dewiacja częstotliwości?

7.

Omów zasadę działania modulatora i demodulatora przebiegu zmodulowanego częstotliwościowo.

Literatura

1.

Horowitz P., Hill W,: Sztuka elektroniki I, WKŁ, Warszawa 2001.

2.

Hyla M.: Radioelektronika. Wydawnictwo Pol. Śl. Gliwice 2006.

3.

Malzacher S. (red.): Laboratorium Elektroniki II. Skrypt Pol. Śl. Gliwice1996.

4.

Miłek M.(red.): Laboratorium z podstaw elektroniki. Skrypt Pol. Śl. Gliwice 1993.

5.

Miłek M: Elektronika dla elektroników. Skrypt Pol. Śl. Gliwice 1981.

6.

Pióro B., Pióro M.: Podstawy elektroniki. WSiP Warszawa 1997.

7.

Rusek M., Pasierbiński J.: Elementy i układy elektroniczne w pytaniach i odpowiedziach.
WNT Warszawa 1999.

8.

Tietze U., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe. WNT, Warszawa 1997.