l. Modulacja impulsowa AM i demodulacja AM.

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie pojęć związanych z modulacją i demodulacja AM oraz zapoznanie się z budową i zasadą działania impulsowego modulatora AM i metodami demodulacji.

l.l.Modulacja amplitudowa AM.

Nośnikiem sygnału jest fala prostokątna wielkiej częstotliwości, która jest modulowana sygnałem sinusoidalnym małej częstotliwości.

Modulacja AM to operacja zamiany sygnału małej częstotliwości na falę wielkiej częstotliwości, która może być przesłana w kanale na znaczne odległości. Kanał to ośrodek w którym rozchodzą się fale elektromagnetyczne.

Demodulacja to proces odwrotny do modulacji polegający na odtworzeniu informacji zawartej w składowej małej częstotliwości.

Sygnał modulujący sumuje się wektorowe z sygnałem modulowanym i tak powstały przebieg ma kształt jak na rys. 1.1.

Rys. 1.1. Przebieg sygnału modulującego zsumowanego z sygnałem

modulowanym.

Impulsowa modulacja AM zawiera impulsy prostokątne, które za pomocą trafo separującego są modulowane amplitudowo. Modulowana jest tylko górna fala, która w procesie demodulacji jest oddzielona od fali nośnej (prostokątnej). Anteny nadawcze wysyłają falę nośną zmodulowaną obustronnie, ponieważ tak wypromieniowana energia z większą skutecznością dociera do odbiorcy. Modulacja impulsowa użyta w ćwiczeniu jest transmitowana za pomocą kabla, dlatego nie wymaga się, aby sygnał był zmodulowany obustronnie.

Pojedynczy impuls zmodulowanej fali prostokątnej jest wysyłany w ściśle określonej chwili ti. Następne impulsy innej fali muszą być wysyłane w odstępach czasu At liczone od pierwszego impulsu ti. W procesie demodulacji układ logiczny synchroniczny musi odróżnić, który impuls powstałego przebiegu należy do odpowiedniego przebiegu (kanału przesyłu).

Rys. l. 2. Schemat impulsowego modulatora AM.

1.2.Demodulacja przez filtrację.

Rys. l. 3. Schemat demodulatora.

l.3.Przebieg ćwiczenia. 1.3.Modulacja amplitudowa AM.

Zbudować układ wg schematu (rys. l.2). Przyłożyć do strony pierwotnej transformatora separującego 1:1 sygnał z generatora sinusoidalnego napięcia U"Ei=2V przy f=100Hz. Ustawić potencjometrem R2 napięcie UiN=2,45V i zaobserwować za [pomocą oscyloskopu powstałe napięcie uai na wyjściu układu. Nastawić czas trwania impulsu prostokątnego T=50^s o częstotliwości f=20kHz. Zmierzyć oscyloskopem napięcie uei w kanale pierwszym i w kanale drugim napięcie wyjściowe. Opisać powstały oscylogram.

Napięcie wyjściowe uai zawiera napięcie impulsowe VCO, którego wysokość zależy od napięcia uei. Ponieważ napięcie generatora sinusoidalnego i napięcie wyjściowe VCO nie są ze sobą zsynchronizowane oscyloskop synchronizuje oba przebiegi za pomocą częstotliwości.

1.3.2.DemoduIacja przez filtrację.

Połączyć układ wg schematu (rys. l.3). Ustawić punkt pracy tranzystora Vi potencjometrem R7; napięcie uce=5y przy rozwartym wejściu (Upi^Y). Połączyć układ modulatora (wyjście uai) z demodulatorem (wejście Uai) za pomocą ekranowanego kabla lub zwykłego przewodu.

Tranzystor pracuje jako wtórnik emiterowy oddzielając układy dużą impedancją. Działa on również jako wzmacniacz prądowy. Przy pomocy filtru złożonego z €2, Cs i rq zostaje rozdzielony sygnał użyteczny od fali nośnej. Na początku należy sprawdzić czy generator funkcyjny generuje napięcie UEi==2V przy f^lOOHz. Należy na kanał pierwszy oscyloskopu podać napięcie ua^ a na kanał drugi napięcie uei. Sygnał UA2 odpowiada sygnałowi uei, ale odwróconemu o kąt (p=180°.

Impulsowa modulacja AM jest wykorzystywana do przenoszenia kilku sygnałów jednocześnie. Aby tego dokonać czas trwania impulsów musi być bardzo krótki, a przerwy pomiędzy poszczególnymi impulsami muszą być na tyle długie, aby układ synchroniczny demodulatora mógł odróżnić poszczególne przebiegi.

Sygnał uai zawiera bardzo gęstą serię impulsów, których amplituda przyporządkowana jest różnym sygnałom. Filtr miesza wszystkie te sygnały. Aby znowu oddzielić poszczególne, jednorodne impulsy musimy zsynchronizować się z taktem nadajnika. Należy odnaleźć pierwszy impuls wysyłany w chwili ti i od niego z odstępem At gromadzić impulsy poszczególnych przebiegów. Następnie można filtrować otrzymane przebiegi oddzielnie dla każdego kanału. Układ filtrujący może być jak na rys.3.

Oddzielenie poszczególnych impulsów od przebiegu w torze przesyłowym odbywa się za pomocą układu synchronicznego.

1.4.Pytania i zagadnienia.

7. Co to jest modulacja?

2. Co to jest modulacja AM?

3. Co to jest demodulacja?

4. Jak wpływa sygnał modulujący małej częstotliwości na falę nośną wielkiej częstotliwości?

5. Jak można jednocześnie transmitować kila sygnałów w jednym kablu?

6. Wyjaśnić dlaczego kształt napięcia UA2 różni się od uei?

7. Różnica między normalną modulacją AM, a modulacją użytą w ćwiczeniu -impulsową.

Spis elementów:

Rezystory: Potencjometry:

R1=6,8kH R2=10k0

Rs^kO R4=100kQ

R5⁼4,7k^ R7=100k:Q

R6=39kQ

Rg-lkO

R9⁼l,5kQ

Kondeinsatoły: Prz^ządy:

ci^o^^jjlf oscyloskop dwukanałow^y;

C2=4,7 generator funkcyjny 200kHz C3^:=2,2pI^;' zasilacz stabilizowany AC/DC multimetr Półprzewodniki:

diodaAA118 tranzystor B Cl 40 moduł PLL transformator l: l

2.Przekształcenie fali prostokątnej na falę trójkątną za pomocą

integratora.

Cel ćwiczenia:

Ćwiczenie umożliwia poznanie zasady działania komparatora napięciowego, pozwala na poznanie w jaki sposób szerokość impulsu zamieniana jest na przebieg prostokątny oraz sposobu demodulacji za pomocą filtracji.

2.1.Wiadomości wstępne. l.l.l.Integrator.

Impulsy prostokątne podawane są na układ RC. Tak zostaje naładowany kondensator ze stałą czasową t=rc. Podczas każdej przerwy pomiędzy impulsami kondensator zostaje rozładowywany, następuje deformacja napięcia. Zdeformowane przebiegi podtrzymywane są przez wzmacniacz operacyjny. Integrator dostarcza po wzmocnieniu i ukształtowaniu przebiegu trójkątnego napięcie wyjściowe jak na rys.2.1.

Rys. 2. l. Przebieg napięcia wyjściowego z integratora.

OP1 pracuje w tym połączeniu jako integrator. Jego napięcie wyjściowe wznosi się tak długo, aż impuls wejściowy jest obecny. Gdy impuls wejściowy zanika wtedy opada napięcie trójkątne do minimalnej wartości.

2.1.2.Komparator.

Wzmacniacz operacyjny bez sprzężenia zwrotnego ma bardzo duże wzmocnienie napięciowe. Przy obu wejściach (+,-) zostają przyłożone różne napięcia. Komparator porównuje napięcia na wejściach i daje na wyjściu napięcie różnicowe dodatnie lub ujemne.

Wysoka wartość napięcia Us oznacza dużą szerokość impulsu napięcia LLt i na odwrót. OP2 pracuje jako komparator . Porównuje napięcie trójkątne Ui z sygnałem Us, gdy różnica między IJ2 i Us jest dodatnia, OP2 włącza na napięcie wyjściowe -12V. Jeżeli zaś różnica jest ujemna układ OP2 włącza na +12V. Podczas przesyłu sygnału elektrycznego występują zakłócenia przeważnie jako nakładanie się szczytowego napięcia. Ponieważ sygnał nie zawiera żadnej informacji o wartości napięcia takiej modulacji, zakłócenia mogą zostać obcięte przez ograniczniki amplitudy.

Rys.2.2. Schemat generatora przebiegów prostokątnych przestrajanych napięciem,

Rys. 2.3. Schemat integratora.

2.2.Przeprowadzenie ćwiczenia.

2.2. l.Przekształcenie fali prostokątnej na falę trójkątną za pomocą integratora.

Połączyć układ wg rys.2.2, nastawić potencjometrem rą napięcie Ui=10Vss o częstotliwości 2,5kHz.. Oscyloskopem należy zmierzyć napięcie międzyszczytowe Vgs. Zmierzyć napięcie U2 i narysować przebieg w odpowiedniej skali.

2.2.2.Działanie komparatora napięciowego.

Połączyć układ wg rys.2.3, przyłożyć napięcie U3=0,2Vss z generatora funkcyjnego. Ustawić f=200Hz. Przyłączyć OP2 przez r-j do wyjścia OP1. Na oscyloskopie ustawić stałą czasową 0,5ms/DIV ,aby ekran był wypełniony. Narysować przebiegi napięć Us i LLt w odpowiedniej skali jak na rys.2.4.

Rys. 2.4. Przebiegi napiąć U 3 i U 4.

2.2.3.DemoduIacja przez filtrację.

Połączenie układu RC przy wyjściu wywołuje filtrację integratora, przez taką operację impulsy zostają oddzielone od sygnału. Napięcie wyjściowe Us jest zależne od stosunku czasowego impuls - przerwa. Wykonać pomiar oscyloskopem napięcia wyjściowego IJ5 i potwierdzić rozważania teoretyczne. Następnie zmniejszyć częstotliwość napięcia Us. Jak zmieni się wtedy napięcie wyjściowe Ua?

Filtry bierne działają zawsze tłumiąco. Przez zmniejszenie częstotliwości zostaje również pomniejszony i stłumiony sygnał, przez co z kolei wzrasta wartość napięcia Us. Przy większej wartości częstotliwości przyrost pomiędzy impulsem, a częstotliwością sygnału jest łatwiejszy, również demodulacja jest prostsza i mniej skomplikowana. Jak duże jest napięcie Vss dla \Js przy następujących wartościach częstotliwości sygnału?

a) 200Hz U5-30mVss

b) lOOHz Us-UOmYss

c) 50Hz L^OOmYss

d) 20Hz U5=l,5Vss

2.3.Pytania i zagadnienia.

1. Jak napięcie U 3 steruje U 4?

2. Jak zostaje osiągnięte kodowanie sygnału przez połączenie z OP2?

3. Jakie zalety daje kodowanie sygnału przez połączenie z OP2 przy przenoszeniu informacji?

4. Opisać działanie układu RC złożonego z elementów J?s,,7?p,,Q ; Cs?

5. Jak zmieni się napięcie wyjściowe U 5?

6. W jaki sposób można skompensować różnica pomiędzy zależnością napięcia wyjściowego, a częstotliwością U^=f(f).

Spis elementów:

Rezystory: Potencjometr:

Ri=4,7kQ R4=100kQ rz= l Ok^l Półprzewodniki:

R3=470kn moduł PLL

Rs=33kQ wzmacniacz operacyjny pA741

R6⁼330kQ Przyrządy:

R7=82kQ oscyloskop dwukanałowy

Rg=47kQ generator funkcyjny 200kHz

Kondensatory: zasilacz stabilizowany AC/DC

Ci=0,22^F

C2=47nF

C3=47nF

C4=l^iF

C5=0,47^iF

3.Modulacja fazy PM. Cel ćwiczenia:

Ćwiczenie umożliwia przedstawienie impulsu zmodulowanego fazowo oraz pokazuje w jaki sposób następuje przekształcenie długości impulsu w zależności od sygnału przesuniętego w fazie..

3. l.Impulsowa modulacja fazy. S.l.l.Monostabilny multiwibratorjako układ formujący impulsy.

Układ z rys. 3. l jest to multiwibrator ze statycznym i dynamicznym ujemnym prądowym sprzężeniem zwrotnym.

W stanie statycznym pracuje tranzystor V2, powodując przepływ prądu bazy przez rezystor Rn. Przez to napięcie U6 jest prawie zerowe i tranzystor Vi jest zablokowany, ponieważ polaryzacja bazy tranzystora Vi ściśle zależy od napięcia wyjściowego U6.

Przez podanie impulsu o narastającym zboczu na bazę tranzystora Vi, powodujemy przewodzenie tego tranzystora. Przewodzenie Vi powoduje podanie napięcia przez kondensator €7 i zablokowanie tranzystora Yz. Ten stan trwa tak długo, aż kondensator Cy naładuje się przez rezystor Rn.Układ 3. l.b. ma tylko stan stabilny: monostabilny multiwibrator.

Monostabilny multiwibrator wsącza się w stan dynamiczny przez podanie impulsu wejściowego. Długość impulsu zostaje określona przez stałą czasową T^Rn-C?. Dlatego czas trwania impulsu wejściowego napięcia U6 jest bardziej zależny od sygnału.

Rys. 3. l. Multiwibrator ze statycznym i dynamicznym ujemnym prądowym

sprzężeniem zwrotnym.

3.1.2. Przekształcenie długości impulsu zależnego od sygnału przesuniętego fazowo.

Napięcie Us jest modulowane. Przy każdym narastającym zboczu impulsu

multiwibrator przełącza się. Gdy czas impulsu multiwibratora mniejszy jest niż najmniejsze impulsy, następuje po wyłączenie układu przerwa, której długość zależy od napięcia sygnalizacyjnego. Impulsy przesuwają się w zależności od napięcia Us. Napięcie U6 mieści w sobie wąskie impulsy, które w rytmie częstotliwości sygnału w takt napięcia Ui zostają przesunięte.

Napięcie sygnału zawiera informację: amplituda i częstotliwość. Amplituda zawiera w sobie sterowanie częstotliwością impulsu w zależności od jednostki czasu. Maksymalne przesunięcie fazowe A(p»120.

Rys. 3.2. Przebiegi napięć Us i Ui.

3.2.Przebieg ćwiczenia.

3.2. l.Przeprowadzenie impulsowej modulacji fazowej.

Połączyć układ wg schematu (rys3.1a), za pomocą rezystora rą nastawić napięcie VCO o częstotliwości 1,5 kHz. Przyłożyć napięcie U3=Vss. Napięcie LLt jest zmodulowane, a następnie połączyć układ wg schematu (rys3.1b).

Zmierzyć oscyloskopem napięcia U"4 i U6, jedno po drugim przy bardzo niskiej częstotliwości sygnału. Narysować powstały oscylograf. U4: długość impulsu zmieniająca się w rytm sygnału. Uó: odstępy między impulsami zmieniające się w rytm sygnału.

Zmierzyć oscyloskopem dwukanałowym napięcia Ui i IJ6, przy czym w kanale II powinno być napięcie Ui. Należy zmniejszyć częstotliwość napięcia U3 do kilku Hz. Opisać oscylograf.

3.3. Pytania i zagadnienia.

1. Który rodzaj modulacji jest użyty do formowania napięcia U4?

2. Jak zostaje zmienione napięcie Us modulujące przez multiwibrator?

3. Jak zostaj ą przeniesione obie informacje przez napięcie U6?

4. Jak max. można zwiększyć przesunięcie fazowe A(p napięcia Ua bez zmniejszania wysokości impulsu wyjściowego napięcia Uc?

Spis elementów:

Rezystory: Potencjometry:

Ri=4,7kH R4=100kQ ri= l OkQ Kondensatory:

R3=470kQ Ci=220nF

Rs-SSm C2=47nF

R6⁼330kQ C3=47nF

R7-82kQ C6=lnF

Rio=440Q C74,7nF

Rn=10kQ

R12-4700

Półprzewodniki: Przyrządy:

tranzystor BC140-2szt. Oscyloskop dwukanałowy, moduł PLL generator funkcyjny 200kHz, wzmacniacz operacyjny zasilacz stabilizowany AC/DC

---