Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie zasad modulacji i demodulacji amplitudy, opartej na nowocze-
snych rozwiązaniach układowych, a tak\
e sposobów określania podstawowych parametrów tych ukła-
dów.
2. Wprowadzenie
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 ju\
w pierwszych
układach zarówno bezprzewodowego telegrafu (Marconi 1901), jak i bezprzewodowego telefonu
(Fessenden 1905). Modulacja amplitudy stosowana jest powszechnie w radiofonii ju\
od 1907 roku,
kiedy to odbyła się pierwsza audycja radiowa (USA), a\
do dnia dzisiejszego. Celem modulacji jest
przetworzenie informacji w taki sposób aby była ona odpowiednia do przesłania jej od z
ródła sygnału
do odbiornika, na ogół, na du\
e odległości. Dotyczy to np. sygnałów fonii i wizji, których bezpośred-
nie przesłanie w postaci fal elektromagnetycznych byłoby niemo\
liwe 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 urzÄ…dzeniu odbiorczym zachodzi potrzeba przetwo-
rzenia przebiegu o modulowanej amplitudzie z powrotem na sygnał elektryczny (akustyczny). Jedno-
cześnie nale\
y usunąć składową nośną w.cz. ze zło\
onego przebiegu wejściowego. Proces wydzielenia
sygnału modulującego (przenoszącego informację) z sygnału zmodulowanego jest nazywany demodu-
lacją, a układy które do tego słu\
ą detektorami. Detektorem nazywamy taki układ elektroniczny, który
przywraca składową proporcjonalną do sygnału modulującego. Oddzielenie sygnału od składowej no-
śnej 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 nale\
y po tym samym torze
przesłać wiele informacji zawartych w tym samym poziomie. Nale\
y wobec tego dokonać podziału
u\
ytecznego pasma toru i przydzielić ka\
dej informacji odpowiedni zakres częstotliwości, a następnie
przesunąć ją do tego pasma.
W miejscu odbioru nale\
y przeprowadzić proces odwrotny, tzn. informacje z poło\
enia przesu-
niętego nale\
y przywrócić do poło\
enia 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 poło\
enia na skali częstotliwości ( sygnał nośny jest harmoniczny).
Modulacja amplitudy AM
- dwuwstęgowa z falą nośną DSB
- dwuwstęgowa bez fali nośnej DSBSC
1
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
- 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 poło\
enia impulsów PPM
Modulacja szerokości impulsów PWM
Modulacja impulsowo  kodowa PCM
2.1. Modulacja amplitudy
Modulacja amplitudy jest to proces nakładania informacji zawartej w przebiegu modulującym
na przebieg modulowany - nazywany przebiegiem nośnym - w ten sposób, \
e wartości chwilowe prze-
biegu modulowanego są w sposób ciągły i bezpośredni uzale\
nione od wartości chwilowej przebiegu
modulujÄ…cego (jak na rys. 1).
Rys. 1. a) sygnał nośny; b) sygnał modulujący; c) sygnał zmodulowany amplitudowo
2
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
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 słu\
y 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.
Je\
eli przebiegi fali nośnej i sygnału modulującego mają postać:
u(t) = U cos &!t
(1)
gdzie:
u(t)  wartość chwilowa przebiegu modulowanego (nośnego),
U  amplituda przebiegu modulowanego,
&! - pulsacja przebiegu modulowanego,
e(t) = E cosÉt
(2)
gdzie:
e(t)  wartość chwilowa przebiegu modulującego,
E  amplituda przebiegu modulujÄ…cego,
É - pulsacja przebiegu modulujÄ…cego,
i w przypadku modulacji amplitudy wielkość U jest zale\
na liniowo od przebiegu modulujÄ…cego w
następujący sposób:
U = U + ka cosÉt = U (1 + m cosÉt)
(3)
0 0
przy czym musi być spełniony warunek, \
e &!>>Émax to przebieg zmodulowany amplitudowo (rys.1.c)
ma postać:
u = U0(1+ mcosÉt)cos&!t
(4)
OtwierajÄ…c nawias w powy\
szym wyra\
eniu i stosując wzór na iloczyn kosinusów otrzymujemy:
u = U0 cos&!t +U0mcosÉt cos&!t =
1 1
(5)
= U0 cos&!t + mU0 cos(&! + É)t + mU0 cos(&! -É)t
2 2
W wyra\
eniach: (3), (4), (5), wprowadzona została wielkość m zwana współczynnikiem głębokości
modulacji:
kaE
m =
(6)
U0
gdzie: ka  współczynnik proporcjonalności.
3
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Korzystniejszą formą definicji współczynnika głębokości modulacji jest poni\
sze wyra\
enie:
U0 max-U0 min
m =
(7)
U0 max+ U0 min
przy czym: wartości U0max i U0min są zaznaczone na rys. 1.c
Dla poprawnego przebiegu procesu modulacji 0 < m d" 1. Gdy m > 1 występuje zjawisko
przemodulowania.
Przy sinusoidalnych sygnałach nośnym i modulującym (lub te\
cosinusoidalnych) w rozkładzie
widmowym sygnału zmodulowanego mo\
na wyró\
nić trzy prą\
ki rys. 2, o częstotliwościach: nośnej F
oraz ró\
nicowej 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 mo\
na
wyró\
nić prą\
ek o częstotliwości nośnej, oraz dwie wstęgi boczne: górną i dolną - rys. 2. Metodą od-
powiednich zabiegów w modulatorach mo\
na z sygnału wyjściowego eliminować składowe o odpo-
wiednich częstotliwościach. W związku z tym wyró\
nia się szereg rodzajów modulacji amplitudy.
Do najbardziej rozpowszechnionych nale\
Ä…:
- 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)
DSB U DSB SC U
F-f F F+f F-f F+f
f f
c) d)
SSB SC U
U SSB SC
F-f
F+f
f
f
e) f)
SSB U U
SSB
F-f F F+f
f f
Rys. 3. Rozkłady widmowe sygnałów zmodulowanych amplitudowo
4
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Mo\
na przesyłać sygnały zmodulowane amplitudowo jako: dwie wstęgi boczne i falę nośną,
dwie wstęgi boczne, jedną wstęgę boczną i falę nośną, jedną wstęgę boczną. Rozwa\
my 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 + fmax - (F - fmax) = 2fmax (8)
m2
PÅ›rÉ = P0 + P0 (9)
Moc
2
Dwie wstęgi boczne (DSB SC)
Szerokość pasma "f = F + fmax - (F - fmax) = 2fmax (10)
m2
PÅ›rÉ = P0 (11)
Moc
2
Jedna wstęga boczna i fala nośna (SSB)
Szerokość pasma " f = F + fmax - F = fmax (12)
m2
Moc PÅ›rÉ = PO + PO (13)
4
Jedna wstęga boczna (SSB SC)
Szerokość pasma " f = F - fmin - (F  fmax) = fmax  fmin (14)
Lub " f = F + fmax - (F + fmin) = fmax  fmin (15)
m2
PÅ›rÉ = P0 (16)
Moc
4
Przy przesyłaniu jednej wstęgi bocznej pasmo potrzebne do przesłania jest najmniejsze oraz
moc przesyłania równie\
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 najwa\
niejszymi zasobami jest moc wysyłana
i szerokość pasma kanału standardowa forma modulacji amplitudy podlega dwóm głównym ograni-
czeniom:
- ze względu na moc - poniewa\
fala nośna jest całkowicie niezale\
na od niosÄ…cego informacjÄ™
sygnału modulującego. Przesyłanie fali nośnej jest zatem stratą mocy.
5
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
- 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, \
e znajÄ…c widmo ampli-
tudowe jednej ze wstęg, mo\
emy w sposób jednoznaczny wyznaczyć widma drugiej wstęgi.
Oznacza to, \
e 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, gdy\
wymaga podwójnej
szerokości pasma w porównaniu do pasma sygnału informacyjnego.
Aby pokonać podobne ograniczenia, powinniśmy dokonać pewnych zmian powodujących
wzrost zło\
oności 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
mo\
e osiągnąć wartość 100%. Szerokość pasma pozostaje jednak niezmieniona.
Zarówno w systemie AM, jak i DSB SC, w ka\
dej wstędze bocznej jest zawarta ta sama infor-
macja. Oznacza to, \
e ka\
da informacja zawarta w dolnej wstędze bocznej jest dokładnie powtórzona
w górnej wstędze bocznej. Wynika z tego, \
e 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. Mo\
na 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 tak\
e do modulacji jak i demodulacji mo\
na wykorzystać zrównowa\
ony modulator -
demodulator. Niezaprzeczalną wadą jest konieczność stosowania drogich filtrów koniecznych do
dfiltrowania jednej wstegi (pasmowoprzepustowych). Mo\
na jednak dokonać kompensacji jednej
wstęgi w układzie kwadraturowym. Sygnał zmodulowany SSB mo\
na wtedy opisać wzorami:
ud ln = e(t)cos&!t + e(t)sin&!t
(17)
ugrn = e(t)cos&!t - e(t)sin &!t
(18)
e(t)
gdzie ozn. Sygnał modulujący opó\
niony w fazie o 90 stopni.
Odmianą modulacji SSB jest modulacja jednowstęgowa z falą nośną. Rozwiązanie to pogarsza
co prawda sprawność energetyczną nadajnika, mo\
liwe za to staje siÄ™ odtworzenie informacji o fazie
sygnału modulującego przy stosunkowo prostym demodulatorze. Stosowana jest np. do transmisji
sygnału telewizyjnego.
6
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
2.2. Kryteria oceny modulatorów
Dla stworzenia sygnału jedno lub dwuwstęgowego stosuję się przetworniki częstotliwości. Są
indywidualne (kanałowe - jedno z
ródło sygnału modulującego) lub grupowe (więcej sygnałów modu-
lujÄ…cych).
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 obciÄ…\
eniu modulatora, oprócz dwóch wstęg bocznych i fali nośnej (w zale\
ności od typu
modulatora) pojawia się pewna liczba ubocznych produktów modulacji. Ich moc zale\
y od układu
modulatora, a tak\
e od zakresu jego pracy. Większa część ubocznych produktów modulacji znajduje
siÄ™ poza pasmem u\
ytecznym (tzn. dwu wstęg bocznych) a wobec tego mo\
na je usunąć przy pomocy
filtrów. Jednak\
e 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 siÄ™ zale\
ność:
1 PÉ
Ask = ln
2 P&!Ä…É (19)
gdzie PÉ - moc jakÄ… mo\
e oddać z
ródło do odbiornika dopasowanego do niego
P&! Ä… É - moc u\
ytecznej wstęgi bocznej wydzielona na obcią\
eniu modulatora.
Przy zało\
eniu rzeczywistego obciÄ…\
enia modulatora moc doprowadzona do modulatora sta-
nowi mniej ni\
połowę mocy sygnału wstęgi bocznej, poniewa\
część mocy podzielona jest między
niepo\
ądane produkty modulacji. Oprócz tego moc ta rozdziela się na dwie wstęgi boczne. Poniewa\
:
PÉ 1
P&!Ä…É )# A*# ln 2
to zawsze , co oznacza \
e A>0,35Np.
2 2
Tłumienność skuteczna modulatora zale\
na jest od jego struktury, punktu i zakresu pracy, warunków
dopasowania oraz strat w elementach układu.
Charakterystyka tłumieniowa
Charakterystyka tłumieniowa jest to zale\
ność tłumienności skutecznej od częstotliwości.
Kształt tej charakterystyki określają: zale\
ność wartości elementów od częstotliwości oraz dopasowa-
nia modulatora do obciÄ…\
enia.
7
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Charakterystyki amplitudowe
Przy niezniekształconym przesuwaniu widma sygnału powinna być zachowana liniowa zale\
-
ność między napięciem (prądem) sygnału wejściowego i sygnału wyjściowego. Poniewa\
modulatory
najczęściej zbudowane są z elementów nieliniowych mo\
na uwa\
ać, \
e zale\
ność ta będzie spełniona
tylko w pewnych szczególnych przypadkach. Skutkiem braku liniowej zale\
noÅ›ci Uwyj &! Ä… É = k Uwej
jest zmiana dynamiki a tak\
e zniekształcenia nielinearne sygnału.
Do pobie\
nej oceny tych zniekształceń mo\
na posługiwać się zale\
nością tłumienności skutecznej od
poziomu wejściowego sygnału modulującego. Typowa charakterystyka ma wygląd jak na rys. 4:
Zaczynając od wartości Pwej = Pp tłumienność modulatora szybko wzrasta co świadczy o jego
przesterowaniu i szybkim wzroście zniekształceń nielinearnych. Zwykle jako próg przesterowania
przyjmuje się wartość Pp, tzn. taka wartość poziomu wyjściowego, przy której tłumienność modula-
tora jest o 0,05Np większa od tłumienności nominalnej. W praktyce w celu zapobie\
enia du\
ym znie-
kształceniom nielinearnym poziom sygnału pomiarowego jest du\
o mniejszy od progu przesterowania.
Rys. 4. Charakterystyka zale\
ności tłumienności skutecznej
od poziomu wejściowego sygnału modulującego
Tłumienność produktów nielinearnych (tłumienność harmonicznych)
Na podstawie charakterystyki amplitudowej mo\
na stwierdzić wystąpienie przesterowania i po-
jawienia się zniekształceń nielinearnych. Do liczbowej oceny zniekształceń nielinearnych nale\
y po-
sługiwać się współczynnikiem zawartości harmonicznych. Je\
eli na wejście modulatora podany jest
sygnał o częstotliwości f to na jego wyjściu wraz z sygnałem u\
ytecznym (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 u\
ytecznego. W podobny sposób pojawiają się harmoniczne rzędu trzeciego i wy\
szych.
Współczynnik zawartości harmonicznych w sygnale na wyjściu modulatora określamy
z zale\
ności:
U U
F Ä…2 f F Ä…3 f
h2 = h3 =
i (20)
U U
F Ä… f F Ä… f
gdzie U jest napięciem odpowiedniej częstotliwości na obcią\
eniu modulatora.
Impedancja wejściowa i wyjściowa modulatora
Poniewa\
w modulatorze zastosowane są elementy nieliniowe to jego impedancja wejściowa
w ogólnym przypadku zale\
y od chwilowych wartości napięcia na wejściu. To z kolei wskazuje, \
e w
prądzie wejściowym występuje nie tylko składowa o częstotliwości f ale równie\
dodatkowe składo-
8
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
we. Z tego powodu nie mo\
na wyznaczać impedancji wejściowej modulatora jako stosunku napięcia i
prądu wejściowego. Impedancje wejściową modulatora określa się z zale\
ności:
Û
f
ęwej =
IĆf (21)
Û IĆf
gdzie i napięcie i prąd sygnału o częstotliwości podstawowej na wejściu
f
modulatora. Impedancje wyjściową modulatora wyznaczamy z zale\
ności:
Û Û
F + f F - f
ęwyj = ęwyj =
IĆF + f lub IĆF - f (22)
ÛF - f IĆF - f IĆF + f
gdzie , ÛF + f , , napiÄ™cie i prÄ…d na wyjÅ›ciu modulatora przy szeregowym wÅ‚Ä…cze-
ę0
niu z obciÄ…\
eniem SEM o częstotliwości F + f lub F - f. Przy tym z
ródło
sygnału na wejściu musi być odłączone. Oprócz wymienionych charakterystyk du\
e znaczenie majÄ…
tak\
e inne jak np.: charakterystyki zale\
ności fali nośnej, stopień tłumienia fali nośnej (w układach
zrównowa\
onych) itp.
2.3. Układy mno\
ące  modulatory zrównowa\
one
Wśród nieliniowych układów operacyjnych znaczną rolę odgrywają układy mno\
Ä…ce. Zada-
niem układu mno\
ącego jest wytworzenie napięcia wyjściowego uout proporcjonalnego do iloczynu
dwóch wejściowych napięć sterujących uin1 i uin2.
uin1uin2
uout = auin1uin2 =
Er (23)
1
a =
przy czym
Er - stała mno\
enia; Er - normujące napięcie odniesienia równe ą10V.
Układ dokonujący operacji mno\
enia przy dowolnych znakach napięć uin1 i uin2 nazywamy
czterokwadrantowym. Jeśli dopuszczalne są napięcia o jednej biegunowości jednokwadrantowym. W
przypadku pośrednim, gdy ustalona jest biegunowość jednego napięcia wejściowego, układ jest okre-
ślony jako dwukwadrantowy.
Rzeczywisty układ mno\
Ä…cy realizuje operacjÄ™ mno\
enia z pewnym błędem:
uin1uin2 uin1uin2
uout = + " = (1+ ´ ) (24)
Er Er
gdzie: " - bÅ‚Ä…d bezwzglÄ™dny; ´ - bÅ‚Ä…d wzglÄ™dny
9
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Często stosuje się mno\
enie transkonduktancyjne. Mimo, \
e mno\
enie transkonduktancyjne
jest mo\
liwe w układzie jednotranzystorowym, takie rozwiązanie jest rzadko stosowane. Na ogół sto-
sowane są w tym celu wzmacniacze ró\
nicowe ze z
ródłem prądowym w obwodzie emiterów uzale\
-
nionym od drugiego sygnału. Najprostszą wersję tego układu przedstawia rys. 5.
Rys. 5. Prosty układ transkonduktancyjnego mno\
nika analogowego
Układ ma dwie wady: dopuszcza małe wartości napięć wejściowych i nie realizuje idealnej
funkcji mno\
enia.
Poniewa\
sygnał uin1 mo\
e przyjmować wartości zarówno dodatnie jak i ujemne układ z rys. 5
nazywamy (dwućwiartkowym) dwukwadrantowym.
Rys. 6. Podwójnie zrównowa\
ony układ mno\
enia analogowego
10
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Mo\
na usunąć wady tego układu poprzez małosygnałowe mno\
enie czterokwadrantowe (uzy-
skuje się je drogą kompensacji sygnału proporcjonalnego do uin1 przez podwójne zrównowa\
enie
układu ró\
nicowego). 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 ró\
nicowych występuje dla amplitud sygnału powy\
ej 200mV, ale na-
wet dla 100mV stanowi dobre przybli\
enie. Układ ten mo\
e 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 zrównowa\
onego modulatora - demodulatora przedstawiajÄ… poni\
sze rysunki:
Rys. 7. Zrównowa\
ony modulator DSB/SC AM
Rys. 8. Demodulator DSB/SC AM
Wydawać by się mogło, \
e 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
11
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
W układzie z rys. 9 usunięcie jednej wstęgi bocznej następuje nie w wyniku filtracji, lecz dzię-
ki efektowi znoszenia, wynikającemu z 90o przesunięcia fazy sygnału modulującego i nośnej przyło-
\
onych do jednego z modulatorów.
Rys. 10. Demodulator SSB/SC AM
Układy mno\
enia analogowego są realizowane w postaci monolitycznych układów scalonych.
Mogą być one dostosowane do mno\
enia małych lub du\
ych 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 Er , dokonywana przez włączenie rezystora między odpowiednie końcówki. Do naj-
częściej stosowanych układów tej grupy nale\
ą: 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 ró\
nicowe (wraz
z zespołem stabilizowanych termicznie z
ródeł 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. Demodulacja amplitudy
Demodulacja jest procesem odwrotnym do modulacji amplitudy, polegajÄ…cy na odtworzeniu
przebiegu modulujÄ…cego z przebiegu zmodulowanego. Zadaniem demodulacji jest wydzielenie z
sygnału zmodulowanego:
u1(t) = A(t)cos&!t
(25)
îÅ‚ Å‚Å‚
ka
A(t) = Uo ïÅ‚1+ e(t)śł
Uo ûÅ‚
ðÅ‚
(26)
sygnału modulującego A(t). Je\
eli chcemy otrzymać sygnał modulujący z sygnału zmodulowanego
(np. dwóch wstęg bocznych i fali nośnej), to mo\
na u\
yć elementów nielinearnych, opisanych
charakterystykami: parabolicznÄ…, Å‚amanÄ…, liniowo Å‚amanÄ….
12
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
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 podÄ…\
a za kształtem sygnału modulującego. W celu uzyskania demodulacji, w tym przypad-
ku, nale\
y odtworzyć falę nośną i doprowadzić ją wraz z sygnałem zmodulowanym na dwa wejścia
detektora synchronicznego (np. układu mno\
Ä…cego).
Dla przypadku modulacji dwuwstęgowej bez fali nośnej DSBSC otrzymuje się:
1 1
uwy = aU cos &!tîÅ‚ mU cos(&! -É)t + mU0 cos(&! +É)tÅ‚Å‚ =
0
ïÅ‚2 0 śł
2
ðÅ‚ ûÅ‚
(27)
1
2
= aU m[2 cosÉt + cos(2&! -É)+ cos(2&! +É)t]
0
4
Pierwszy składnik w nawiasie prostokątnym jest zdemodulowanym sygnałem po\
Ä…danym, dwa
pozostałe mo\
na odfiltrować jeÅ›li &! >> É.
Dla przypadku modulacji jednowstęgowej SSB otrzymuje się:
1
uwy = aU cos &!tîÅ‚ mU cos(&! -É)tÅ‚Å‚ =
0
ïÅ‚2 0 śł
ðÅ‚ ûÅ‚
(28)
1
2
= aU m[cosÉt + cos(2&! -É)]
0
2
Detektory synchroniczne działają poprawnie równie\
w przypadku przebiegów AM z falą no-
śną. Potwierdza to poni\
sza zale\
ność:
1 1
uwy = aU0 cos&!tîÅ‚U0 cos&!t + mU0 cos(&! - É)t + mU0 cos(&! + É)tÅ‚Å‚ =
ïÅ‚ śł
2 2
ðÅ‚ ûÅ‚
(29)
1 2 2
2
= aU0 mîÅ‚2cosÉt + cos(2&! -É)+ cos(2&! + É)t + + cos 2&!tÅ‚Å‚
ïÅ‚ śł
4 m m
ðÅ‚ ûÅ‚
Budowa demodulatora synchronicznego dla modulacji amplitudy jest bardziej skomplikowana,
poniewa\
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, \
e charakterystyka diody mo\
e być aproksymowana dwoma
odcinkami linii prostej. Jest to mo\
liwe, gdy amplituda sygnału jest du\
a wobec napięcia na złączu
spolaryzowanym w kierunku przepustowym tzn. większa ni\
0,7V. Nachylenie charakterystyki dla
kierunku przewodzenia wynosi R + rd, gdzie rd jest uśrednioną rezystancją diody a rd << R . Prąd w
obwodzie ma kształt połówek sinusoidy o amplitudzie zale\
nej od sygnału modulującego.
13
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Rys. 11. Układ demodulatora diodowego a) schemat b) reprezentacja graficzna
Składowa średnia ciągu połówek sinusoidy wyra\
a siÄ™ wzorem:
Imax U
Iśr = =
Ä„ Ä„(R + rd ) (30)
gdzie Imax jest amplitudą prądu, równą modulowanej amplitudzie napięcia U, podzielonej przez
R + rd .
Wartość Iśr składa się z dwóch przebiegów:
małej częstotliwości
U0m cosÉt
iÉ =
(31)
Ä„(R + rd )
składowej stałej
U0
I0 =
Ä„(R + rd ) (32)
Przebieg (32) odtwarza obwiednię sygnału zmodulowanego, a więc kształt oczekiwanej
informacji. Napięcie wyjściowe o tej częstotliwości:
U m cosÉt
0
uÉ = iÉ R = = UÉ cosÉt
(33)
rd
ëÅ‚ öÅ‚
Ä„ 1 + ÷Å‚
ìÅ‚
R
íÅ‚ Å‚Å‚
Wielkość UÉ jest amplitudÄ… zdemodulowanego sygnaÅ‚u wyjÅ›ciowego.
Sprawnością demodulacji amplitudy nazywa się stosunek tej amplitudy do amplitudy sygnału
zmodulowanego:
14
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
UÉ 1 1
· = = H"
(34)
mU0 rd Ä„
ëÅ‚ öÅ‚
Ä„ 1+
ìÅ‚ ÷Å‚
R
íÅ‚ Å‚Å‚
W przypadku modulacji bez fali nośnej lub modulacji jednowstęgowej bez fali nośnej
obwiednia przebiegu zmodulowanego nie podÄ…\
a za kształtem sygnału e(t) i wy\
ej omówiony układ
detektora obwiedni nie nadaje siÄ™. W celu uzyskania demodulacji nale\
y odtworzyć falę nośną i
doprowadzić ją wraz z sygnałem zmodulowanym na dwa wejścia układu mno\
ącego. Układ taki jest
nazywany detektorem synchronicznym.
Poniewa\
detektory synchroniczne nale\
ą do układów bardziej zło\
onych i kosztownych,
dlatego systemy SSB są stosowane w przypadku niewielkiej liczby odbiorników np. w radiotelefonach
lub w profesjonalnych systemach łączności. Detektory synchroniczne działają poprawnie tak\
e w
przypadku przebiegów AM z falą nośną.
3. Zagadnienia 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 zale\
y związek między całkowitą mocą czynną przebiegu zmodulowanego i mocą fali
nośnej ?
- Widmo przebiegu zmodulowanego amplitudowo.
- Układ mno\
Ä…cy w zastosowaniu jako modulator i demodulator amplitudy.
- Demodulator synchroniczny sygnałów AM.
4. Aparatura 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. Zestaw laboratoryjny
Płyta czołowa układu do badania modulacji i demodulacji amplitudy (rys. 12) jest wyposa\
ona
w pięć niezale\
nych 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 ą15 V oraz +5 V w przypadku generatorów.
Poniewa\
ka\
de z wejść lub wyjść oraz potencjometry i przełączniki na płycie czołowej mogą
mieć dla ró\
nych modułów odmienne przeznaczenie, w opisie zostaną więc podane ich funkcje.
15
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Zdublowane wejścia i wyjścia na poszczególne moduły znajdujące się w panelach oraz przej-
ścia na ró\
ne 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 ą15V;
Ä…5V; generator funkcyjny 10Hz  100kHz; modulator AM; demodulator AM .
4.1.1. Modulator i demodulator AM (moduł 10 i 11)
Układem pomiarowym, a zarazem przykładem zastosowania układu mno\
Ä…cego, jest modulator
i demodulator sygnałów AM. Schematy ideowe rozwa\
anych układów przedstawiają rys. 13 oraz rys.
14. Do konstrukcji układów zostały wykorzystane scalone układy mno\
Ä…ce 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 zale\
nością dla układów mno\
Ä…cych
na wyjściu modulatora otrzymujemy sygnał:
e(t)
ëÅ‚1 öÅ‚U cos&!t
WY = + (35)
ìÅ‚ ÷Å‚
10V
íÅ‚ Å‚Å‚
modulacji AM z falą nośną DSB lub bez fali nośnej DSBSC.
Rezystory R2 i R3 polaryzują wejścia układu U1 pracującego jako modulator. Ponadto na rezy-
storze R3 następuje wytłumienie fali nośnej do zera, co umo\
liwia uzyskanie modulacji bez fali nośnej.
Kiedy na wyjście modulatora (nó\
ka 7 układu U1) zostanie podłączony filtr pasmowoprzepustowy
16,3  19,6 kHz mo\
na otrzymać modulację jednowstęgową SSB lub SSBSC.
Aby zrealizować proces odwrotny  demodulację AM, nó\
kę 7 układu U1 nale\
y podać na
nó\
kę 1 U2 demodulatora. Na drugie wejście demodulatora nó\
ka 3 U2 podajemy sygnał fali nośnej.
Wyjście demodulatora jest obcią\
one filtrem dolnoprzepustowym R1C1. Sygnał z wyjścia filtru jest
dostępny na wyjściu demodulatora.
W celu zabezpieczenia układu AD633JN na wejścia i wyjścia zarówno modulatora jak
i demodulatora zostaÅ‚y wÅ‚Ä…czone ukÅ‚ady dopasowujÄ…ce ze wzmacniaczem µA741.
Jak wynika z zale\
ności (36) współczynnik głębokości modulacji dla modulatora z zastosowa-
nym układem mno\
Ä…cym AD633JN wynosi:
E
m =
(36)
10V
Celem porównania detektora synchronicznego z najprostszym układem detekcyjnym w module demo-
dulatora został wbudowany prosty detektor obwiedni, który mo\
emy zastosować tylko w przypadku
modulacji dwuwstęgowej z falą nośną.
Schemat detektora obwiedni ukazuje rys. 15.
16
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
17
Politechnika Opolska
Rys. 12. Płyta czołowa układu do badania modulacji i demodulacji amplitudy
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
+15V -15V +15V -15V
100k&!
+15V -15V Filtr
Filtr
16,3-19,6kHz
16,3-19,6kHz
10k&!
+15V C2 R2
U2
470nF
2
10k&!
100k&!
7
6
Filtr
741
3
4
300Hz-3,4kHz
+15V
SYGNAA

U1
MODULUJ
CY
+15V
-15V 10k&!
1 8
2
2 7
7
6
741
6 3
3 4
SYGNAA

ZMODULOWANY
4
5
-15V
100k&!
AD633JN
-15V
+15V C3
100nF
U1 10k&!
2
7 6
741
SYGNAA

3 4
NOÅšNY
WYTA
UMIENIE
-15V
NOÅšNEJ
R3
10k&!
NOÅšNA
Rys. 13. Schemat modulatora DSB/DSBSC; SSB/SSBSC
+15V -15V
100k&!
Filtr
300-3400 Hz
100k&!
+15V
10k&! +15V
U2 U2
2
10k&! +15V
R1
7 6
1 8
741
220 &!
3
SYGNAA
4 2
2 7
ZMODULOWANY 7 6
741
6 3 4
-15V 3
C1 SYGNAA

4
5
2,2µF ZDEMODULOWANY
-15V
AD633JN
Na płycie
czołowej
-15V
tłumienie nośnej
100k&!
+15V
10k&!
U1
2
7 6
741
3 4
NOÅšNA
-15V
Rys. 14. Schemat demodulatora DSB/DSBSC; SSB/SSBSC
R DOG1N4148
10k&!
SYGNAA

SYGNAA

ZMODULOWANY C1 C2
R
ZDEMODULOWANY
AMPLITUDOWO
4,7nF 33nF
10k&!
Rys. 15. Schemat detektora obwiedni dla f n = 16 ÷ 20kHz i fmod = 2 kHz (C1)
lub fmod= 500 Hz (C2)
18
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
4.1.2. Generator funkcyjny (moduł 02)
Generator funkcyjny wytwarza kilka przebiegów o ró\
nych kształtach. Na ogół są to przebiegi
okresowe drgań trójkątnych, prostokątnych i sinusoidalnych. Generator funkcyjny umo\
liwia przy tym
regulację ró\
nych parametrów generowanych sygnałów np.: częstotliwość, współczynnik wypełnienia
i inne.
Generację kilku funkcji jednocześnie mo\
na zrealizować ró\
nymi 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 siÄ™ przebieg sinusoidalny.
Generator ten wykonany jest w oparciu o układ ICL 8038 firmy HARRIS. Dla umo\
liwienia
obserwacji na oscyloskopie pracy układu, generator został wyposa\
ony w wyjście OUT, wyjście 
30dB pozwala na obserwację przebiegów zmniejszonych w stosunku do sygnałów na wyjściu OUT
oraz wyjście TTL, słu\
ące do sterowania układami TTL. Generator posiada równie\
wejście FM. Po-
dajÄ…c na nie przebieg sinusoidalny z innego generatora funkcyjnego mo\
emy obserwować na wyjściu
OUT sygnał zmodulowany częstotliwościowo.
4.1.3. Filtr 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-
ściwości są większości zastosowań lepsze ni\
filtrów pasywnych RLC. Zaletą filtrów aktywnych jest
to, \
e 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
19
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Ku [V/V]
1.00
0.10
f [Hz]
0.01
100.00 1000.00 10000.00
Rys. 17. Charakterystyka filtru LP 300 Hz - 3,4 kHz przy Uwej = 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
Ku [V/V]
1.00
0.10
f [Hz]
0.01
100.00 1000.00 10000.00
Rys. 19. Charakterystyka filtru BP 300 Hz - 3,4 kHz przy Uwej = 4,5 V
Filtr Butterwortha pasmowo przepustowy 4 rzędu 16-19kHz (FPP).
20
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Rys. 20. Schemat ideowy filtru 16-19kHz
Ku [V/V]
1.00
0.10
f [kHz]
0.01
1.00 10.00 100.00
Rys. 21. Charakterystyka filtru pasmowoprzepustowego 16,3  19,6 kHz przy Uwej = 2 V
5. Program ćwiczenia
- Zestawić układ jak na rysunku 22, a następnie wg rysunku 23.
GENERATOR GENERATOR
0 5V 0 5V MODULATOR DSB/SSB
DC AC DC AC
LP 4
0.3 - 3.4 16 - 20
kHz kHz
+5V -5V 0 10V +5V -5V 0 10V
BP 8
10 100 1 10 10 100 1 10
x x
Hz kHz Hz kHz
MOD WY MOD WY
5 6 5 6
4 7 4 7
MOD
T
3 8 3 8
TTL TTL
2 9 2 9
1 10 1 10
0.1 WY 0.1 WY
NOÅšNA
max min
Ch 1 Ch 2
MODUA
02 MODUA
02 MODUA
10
Rys. 22. Schemat blokowy układu pomiarowego modulatora
21
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
GENERATOR GENERATOR
0 5V 0 5V MODULATOR DSB/SSB DEMODULATOR DSB/SSB
DC AC DC AC
LP 4 C1 LP
0.3 - 3.4 16 - 20 0.3 - 3.4
kHz kHz kHz
+5V -5V 0 10V +5V -5V 0 10V
BP 8 C2 BP
10 100 1 10 10 100 1 10
x x
Hz kHz Hz kHz
MOD WY MOD WY
5 6 5 6
4 7 4 7
MOD MOD T
3 8 3 8
TTL TTL
2 9 2 9
max min
1 10 1 10
16
0.1 WY 0.1 WY WZM
NOÅšNA
kHz
max min
NOÅšNA
Ch 1 Ch 2
MODUA
02 MODUA
02 MODUA
10 MODUA
11
Rys. 23. Schemat blokowy układu pomiarowego demodulatora
- Ustawić na generatorze funkcyjnym sygnał nośnej (wejście 1 U1) częstotliwość
F = 16 kHz i amplitudÄ™ mo\
liwie du\
ą, 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 zale\
ności m = f(E) przy f = const.
Głębokość modulacji wyznaczyć ze wzoru:
A - B
m[%] = 100%
(37)
A + B
dokonujÄ…c pomiaru przebiegu zmodulowanego na oscyloskopie wg rys.1.c, lub metodÄ… trapezowÄ… rys.
24.
22
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Rys. 24. Schemat do pomiaru współczynnika głębokości modulacji metoda trapezową
W metodzie trapezowej napięcie zmodulowane doprowadza się do wejścia kanału Y, a do wej-
ścia kanału X sygnał modulujący. Wówczas przy modulacji amplitudy i m < 1 na ekranie oscyloskopu
pojawia siÄ™ trapez:
kiedy m = 1 trapez przekształca się w trójkąt:
a kiedy m > 1, czyli pojawi siÄ™ przemodulowanie, to na ekranie oscyloskopu mo\
na zobaczyć przebieg
jak poni\
ej:
Jeśli górny i dolny bok trapezu jest zakrzywiony, to modulacja uległa zniekształceniu.
23
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
Porównać obie metody wyznaczania współczynnika głębokości modulacji.
- Zdjąć charakterystyki demodulatora:
zale\
ność amplitudy uwy od współczynnika głębokości modulacji uwy = f(m) przy F = const.
i U = const.
zale\
ność amplitudy uwy od częstotliwości nośnej uwy = 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 zale\
ność
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. Opracowanie 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. Literatura
[1] Baranowski J., Czajkowski G.: Układy elektroniczne analogowe i impulsowe. WNT, Wwa 1998.
[2] Chojnacki W.: Układy scalone w urządzeniach krótkofalarskich. WKiA
, 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. WKiA
, Warszawa, 1998.
[7] Horowitz P., Hill W.: Sztuka elektroniki. t.II. WKiA
, Warszawa, 1996.
[8] Izydorczyk J., Płonka G.: Teoria sygnałów, Wstęp. Helion, 1999.
[9] Kulka Z., Nadachowski M.: Analogowe układy scalone. WKiA
, Warszawa, 1980.
[10] Kulka Z., Nadachowski M.: Zastosowanie liniowych wzmacn. operacyjnych. WKiA
, Wwa, 1984.
[11] Lathi B.P.: Systemy telekomunikacyjne. WNT, Warszawa, 1972.
[12] Lurch E. N.: Podstawy techniki elektronicznej. PWN, Warszawa, 1974.
[13] Niedz
wiecki M., Rasiukiewicz M.: Nieliniowe elektroniczne ukł. analogowe. WNT, Wwa, 1994.
24
Politechnika Opolska
Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji AM
[14] Pawłowski J.: Podst. układy elektroniczne  Nieliniowe układy analogowe. WKiA
, 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. WKiA
, Warszawa, 1991.
[19] Szabatin J.: Podstawy teorii sygnałów. WKiA
, 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
25
Politechnika Opolska