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 modulujÄ…cym,
drugi  sygnałem modulowanym. Celem modulacji jest:
" przetworzenie informacji w taki sposób, aby była ona odpowiednia do przesłania od z
ródła do
odbiornika w kanale informacyjnym,
" umo\
liwienie jednoczesnego i niezale\
nego przesyłania wielu ró\
nych sygnałów,
" stworzenie warunków do dogodniejszego przesyłania sygnałów np.: aby sygnał był odporny na
zakłócenia,
" umo\
liwienie poufnego przesyłania sygnałów - utajnianie wiadomości, kodowanie, szyfrowanie.
Wyniku procesu modulacji sygnał u\
yteczny małej częstotliwości (sygnał modulujący) wpływa na
określone parametry sygnału sinusoidalnego wielkiej częstotliwości (sygnału modulowanego). Sygnał
modulowany nazywany jest równie\
falą nośną. W zale\
ności, który parametr fali nośnej ulega zmianie
rozró\
niamy następujące rodzaje modulacji:
" modulację amplitudy (AM - Amplitude Modulation), polegającą na przekształceniu sygnału
modulowanego o stałej częstotliwości w taki sposób, \
e 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:
u(t) = un(t)îÅ‚1+ k Å"um(t)Å‚Å‚ (11.1)
= îÅ‚ + Å" Å‚Å‚
= îÅ‚ + Å" Å‚Å‚
= îÅ‚ + Å" Å‚Å‚
ðÅ‚ ûÅ‚
ðÅ‚ ûÅ‚
ðÅ‚ ûÅ‚
ðÅ‚ ûÅ‚
gdzie:
un(t)  fala nośna,
um(t)  sygnał modulujący,
k  współczynnik proporcjonalności.
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE Gliwice 2013
2 Analogowe Elementy i Układy Elektroniki
Je\
eli sygnał nośny opisany jest zale\
nością:
un (t) = Un cos Ént + Õn (11.2)
( )
a sygnał modulujący (informacyjny) ma postać:
um (t) = Um cos Émt + Õm (11.3)
( )
z zachowaniem warunku:
Én >> Ém (11.4)
oraz przyjmujÄ…c, \
e fazy początkowe obu przebiegów Ćm = 0 oraz Ćn = 0 są równe zero, to wyniku
procesu modulacji uzyskamy przebieg zmodulowany opisany zale\
nością:
u(t) = Un (1+ mcosÉmt)cosÉnt (11.5)
gdzie:
Um
m = - współczynnik modulacji.
Un
Un(t)
t
Um(t)
t
U(t)
t
Rys. 11.1 Modulacja amplitudy AM sygnał nośny Un(t), sygnał modulujący Um(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 równie\
w procentach.
Współczynnik ten mo\
na równie\
obliczyć według następującego wzoru:
A - B
-
-
-
m = (11.6)
=
=
=
A + B
+
+
+
gdzie:
A, B - maksymalną i minimalną wartość obwiedni sygnału zmodulowanego.
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013
Instrukcja do ćwiczenia  Modulacja i Demodulacja 3
a) b)
c)
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 2Un, a minimalna wartość chwilowa obwiedni maleje do zera. Przemodulowanie pokazano na
rys. 11.2c. Przebieg zmodulowany jest nieciągły i nie mo\
na z niego odtworzyć przebiegu
informacyjnego.
Korzystając z twierdzenia kosinusów wzór (11.5) mo\
na przekształcić do postaci:
mUn mUn
u(t) = Un cosÉnt + cos(Én - Ém )t + cos(Én + Ém )t (11.6)
2 2
Z zale\
ności tej wynika, \
e sygnał zmodulowany mo\
na przedstawić jako suma trzech przebiegów
sinusoidalnych: noÅ›nego o czÄ™stotliwoÅ›ci Én oraz dwóch przebiegów o czÄ™stotliwoÅ›ciach Én-Ém i Én+Ém.
Na rys. 11.3 przedstawiono widomo harmonicznych sygnału zmodulowanego składa się ono z prą\
ka
odpowiadającego fali nośnej oraz sygnału ró\
nicowego i sumacyjnego. Je\
eli przebieg modulujÄ…cy 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:
B = (Én + Ém ) - (Én - Ém ) = 2Ém (11.7)
U
Un
mUn
mUn
2
2
É
Én - Ém Én Én + Ém
U Un
É
Én - Émax Én - Émin Én Én + Émin Én + Émax
Rys. 11.3. Widmo harmonicznych zmodulowanych: a) sygnałem sinusoidalnym;
b) sygnaÅ‚em zajmujÄ…cym widmo od Émin do Émax
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013
4 Analogowe Elementy i Układy Elektroniki
Całkowita moc sygnału zmodulowanego wynosi:
m2
P = Pn + Pn (11.8)
2
gdzie:
Pn  jest mocą fali nośnej,
P  całkowita moc przebiegu modulowanego przy głębokości modulacji m.
Z powy\
szego wzoru wynika, ze tylko niewielka część sygnału zmodulowanego niesie informacje
o sygnale modulującym (druga część wzoru). Dlatego modulacja amplitudy jest nieekonomiczna,
ze względu na du\
e 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 mo\
na jeszcze bardziej uprościć opierając się na
spostrze\
eniu, \
e obie wstęgi niosą identyczną informację. Mo\
na 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, gdy\
pozwala zarówno na
ograniczenie pasma transmisji jak i ograniczenie przesyłanej mocy.
Rys. 11.4 Modulator amplitudy
Przebieg zmodulowany amplitudowo uzyskuje siÄ™ przez mno\
enie analogowe sygnału
modulującego i przebiegu nośnego. Przykładem modulatora amplitudy mo\
e być układ
wzmacniacza ró\
nicowego ze sterowanym napięciowo z
ródłem prądowym w obwodzie emitera
(rys. 11.4). Poniewa\
wzmocnienie wzmacniacza ró\
nicowego zale\
y liniowo od prÄ…du emitera, na
wyjściu uzyskuje się sygnał nośny Un o wartości zale\
nej od sygnału modulującego Um, czyli
zmodulowany amplitudowo. Obwód rezonansowy stanowiący obcią\
enie tranzystora T2 umo\
liwia
uzyskanie w widmie napięcia wyjściowego tylko prą\
ków o pulsacjach Én, Én-Ém oraz Én+Ém. TÅ‚umiona
jest natomiast czÄ™stotliwoÅ›ci przebiegu modulowanego Ém.
2.2. Modulacja częstotliwości FM
Modulacja częstotliwości polega na uzale\
nieniu 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:
f (t) = fn + k um (t) (11.9)
= +
= +
= +
f
gdzie:
fn  częstotliwość fali nośnej,
um(t)  sygnał modulujący,
kf  współczynnik proporcjonalności.
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013
Instrukcja do ćwiczenia  Modulacja i Demodulacja 5
Rys. 11.5. Modulacja częstotliwości FM: a) sygnał modulujący;
b) sygnał zmodulowany
Je\
eli 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:
Én (t) = Én + k Um cosÉmt = Én + "ÉcosÉmt (11.10)
f
gdzie:
"É - dewiacja pulsacji,
"É
"f = - dewiacja częstotliwości.
2Ä„
Dewiacja częstotliwości (mówimy równie\
o dewiacji pulsacji) określa maksymalną wartość
odchylenia częstotliwości chwilowej, czyli amplitudę zmian częstotliwości przebiegu zmodulowanego od
częstotliwości fn przebiegu nośnego. Dewiacja jest proporcjonalna do amplitudy przebiegu modulującego.
Wartość chwilowa kąta fazowego fali nośnej wynosi:
"É
Õn (t) = (t)dt = Ént + sin Émt (11.11)
n
+"É
Ém
zatem chwilowa wartość przebiegu zmodulowanego wynosi:
ëÅ‚ öÅ‚
"É
u(t) = Un cosìÅ‚Ént + sin Émt (11.12)
Ém ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
gdzie:
"É "f
mf = = - dewiacja częstotliwości.
Ém fm
Ostatecznie przebieg sygnału z modulacją częstotliwości ma postać:
u(t) = Un cos Ént + mf sin Émt (11.13)
( )
Rozkład widmowy funkcji opisanej powy\
szÄ… zale\
nością przedstawia częstotliwość nośną
i nieskoÅ„czonÄ… liczbÄ™ wstÄ™g bocznych, o czÄ™stotliwoÅ›ciach Én-n Ém i Én+n Ém, gdzie n =1, 2, ... ",
rozmieszczonych symetrycznie wzglÄ™dem przebiegu noÅ›nego Én. Amplitudy poszczególnych prÄ…\
ków,
proporcjonalne do Un, są określone funkcjami Bessela o wartościach zale\
nych od mf i n.
"
u(t) = Un Jn (mf )cos Én + nÉm t (11.14)
( )
"
n=-"
gdzie:
Jn(mf) - wartość funkcji Bessela pierwszego rodzaju n-tego rzędu.
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013
6 Analogowe Elementy i Układy Elektroniki
Rys. 11.6 Wykres funkcji Bessela pierwszego rodzaju
Poniewa\
funkcje Bessela dla n większego lub równego mf +1 przyjmują pomijalnie małe wartości,
praktycznie w widmie sygnału zmodulowanego prą\
ki boczne wy\
szych 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, gdy\
na ogół "f > fm (czyli mf > 1). Ponadto szerokość tego pasma
zale\
y głównie od dewiacji "f, a więc od amplitudy sygnału modulującego. Dlatego te\
szerokość pasma
częstotliwości zajmowanego przez zmodulowany sygnał częstotliwości ogranicza się do:
B = 2 "f + fgr = 2 fgr mf +1 (11.15)
( ) ( )
gdzie:
B  szerokość pasma sygnału modulowanego,
fgr  częstotliwość graniczna sygnału modulującego.
Dla mf d" 1 widmo harmonicznych
oprócz pora\
ka fali nośnej zawiera po
jednym prÄ…\
ku wstęg bocznych, a szerokość
pasma zajmowanego przez sygnał
zmodulowany częstotliwościowo FM jest
taki sam jak dla modulacji amplitudowej
AM DSB. TakÄ… modulacjÄ™ nazywamy
modulacjÄ… wÄ…skopasmowÄ…. ModulacjÄ™, dla
której mf > 1 nazywamy modulacją
szerokopasmowÄ….
Modulacja częstotliwości mo\
e być
przeprowadzona w układzie generatora
przestrajanego napięciem, którego
częstotliwość powinna się zmieniać
proporcjonalnie do wartości napięcia
sterujÄ…cego. Efekt taki uzyskamy,
zmieniając sygnałem modulującym
częstotliwość rezonansową obwodu LC
generatora. Mo\
na to osiągnąć przez
dołączenie równolegle do obwodu LC
reaktancji pojemnościowej (lub indukcyjnej)
zale\
nej liniowo od wartości napięcia lub
prądu sygnału modulującego.
Rys. 11.7 Widmo sygnału FM dla mf=1, 2 i 5
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013
Instrukcja do ćwiczenia  Modulacja i Demodulacja 7
W najprostszym przypadku do przestrajania obwodu rezonansowego mo\
e 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 C5 spolaryzowaną w kierunku zaporowym (w obwodzie:
UCC, dławik w.cz. i rezystor R3). Wartość chwilowa napięcia polaryzującego diodę jest sumą
napięcia polaryzacji wstępnej i napięcia modulującego. W zale\
ności od wartości napięcia
modulującego zmienia się pojemność diody, a więc zmienia się równie\
częstotliwość
generatora. Przy zerowym sygnale modulującym generator wytwarza przebieg nośny
o czÄ™stotliwoÅ›ci Én. Gdy wartość napiÄ™cia modulujÄ…cego roÅ›nie, wzrasta równie\
pojemność
diody i zmniejsza się wówczas częstotliwość generatora opisana zale\
nością:
1
Égr = (11.16)
C4 Å"C5
L
C4 + C4
Zamiast diody pojemnościowej do obwodu rezonansowego generatora mo\
e 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 równie\

detektorami. IstniejÄ… dwie podstawowe metody demodulacji amplitudy:
" synchroniczna (koherentna)  polega na wymno\
eniu sygnału zmodulowanego z sygnałem nośnym
odtworzonym w odbiorniku, a następnie produkt mno\
enia 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 Én oraz fazÄ™ poczÄ…tkowÄ… Ćn.
" asynchroniczna  polega na wydzieleniu obwiedni sygnału zmodulowanego w układzie zwanym
detektorami obwiedni. Układy te pozwalają na detekcję sygnału bez konieczności synchronizacji ze
z
ródłem 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,
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013
8 Analogowe Elementy i Układy Elektroniki
kondensator rozładowuje się o niewielką wartość napięcia. Je\
eli stała czasowa ładowania będzie mała
w porównaniu z okresem fali nośnej, a stała czasowa rozładowania dostatecznie du\
a 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 paso\
ytniczej modulacji amplitudy. W ostatnim etapie,
następuje wydzielenie informacyjnego za pomocą jednej z metod demodulacji amplitudy.
Funkcję najprostszego dyskryminatora częstotliwości mo\
e pełnić np. wzmacniacz selektywny LC
o częstotliwości rezonansowej dobranej tak, aby częstotliwość przebiegu nośnego fn wypadała na zboczu
charakterystyki amplitudowej wzmacniacza (rys. 11.10) Przy zmianie częstotliwości sygnału
wejściowego o dewiację "f wokół częstotliwości fn, na wyjściu wzmacniacza otrzymuje się przebieg o
zmodulowanej amplitudzie zale\
nej 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
kÄ…ta zale\
ną od częstotliwości sygnału wejściowego. Przebieg zmodulowany jest podawany na wejście
selektywnego wzmacniacza-ogranicznika, którego zadaniem jest zapewnienie stałej amplitudy tego
przebiegu. Wzajemnie sprzÄ™\
one indukcyjnie obwody rezonansowe L1C1 i L2C2, dostrojone sÄ… do pulsacji
przebiegu noÅ›nego Én i stanowiÄ… wÅ‚aÅ›ciwy ukÅ‚ad dyskryminatora fazy.
Dla częstotliwości sygnału, równej częstotliwości rezonansowej napięcie, u1 i u2 są przesunięte
w fazie o kÄ…t 90°. NapiÄ™cia wÄ™zÅ‚y X i Y sÄ… równe, co do wartoÅ›ci bezwzglÄ™dnej, lecz przesuniÄ™te w fazie
o 180°. Wartość napiÄ™cia wyjÅ›ciowe jest równa zero. Je\
eli częstotliwość przebiegu zmodulowanego
rośnie powy\
ej fn, to reaktancja obwodu rezonansowego L2C2 przyjmuje charakter indukcyjny
i przesuniÄ™cie fazowe napiÄ™cia u2 wzglÄ™dem u1 zwiÄ™ksza siÄ™ (przekracza 90°). Wówczas napiÄ™cie wÄ™z
le X
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013
Instrukcja do ćwiczenia  Modulacja i Demodulacja 9
rośnie, a wę\
le Y maleje o tą sama wartość. Wskutek czego spadek napięcia na rezystorze R2 zwiększa
się, podczas gdy na R3 maleje. Na wyjściu układu otrzymujemy napięcie dodatnie. Gdy częstotliwość
przebiegu zmodulowanego maleje poni\
ej fn, proces ten zachodzi odwrotnie. Reaktancja obwodu
rezonansowego L2C2 ma charakter pojemnościowy, a więc przesunięcie fazowe między napięciem u2 a u1,
maleje (poni\
ej 90°). Na wyjÅ›ciu otrzymujemy napiÄ™cie ujemne. Wartość chwilowa napiÄ™cia
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 słu\
y 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
słu\
y jako wskaz
nik regulacji napięcia modulującego.
Za pomocą przełączników następuje wybór układu pomiarowego. Obcią\
enie badanych układów
stanowiÄ… rezystory wieloobrotowe. Gniazda BNC umo\
liwiają obserwację przebiegów na ekranie
oscyloskopu bez konieczności u\
ywania sond pomiarowych. PozwalajÄ… one na zaobserwowanie
przebiegów wielkości w ró\
nych 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 wyra\
ony w procentach. Miernik THD umo\
liwia
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.
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013
10 Analogowe Elementy i Układy Elektroniki
Moduł modulatorów składa się z dwóch układów scalonych: generatora sterowanego napięciem
(VCO) typu MC1648 oraz mieszacza zrównowa\
onego UL1042. W zale\
ności 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 te\
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 \
adnej 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 słu\
y 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 nale\
y: 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 nale\
y przełącznik S2 ustawić w pozycji x10,
a uzyskany pomiar nale\
y podzielić przez 10, iv) zniekształcenia nale\
y obliczyć na podstawie
zale\
ności, która została podana we wprowadzeniu do ćwiczenia, v) na podstawie przeprowadzonej serii
pomiarów nale\
y wykreślić charakterystykę zmian zniekształceń w funkcji głębokości modulacji.
Głębokość modulacji nale\
y obliczyć z zale\
ności podanej we wprowadzeniu do ćwiczenia zakładając, \
e
współczynnik proporcjonalności modulator AM k= 0,671 1/V.
3.3. Obserwacja przebiegów na oscyloskopie modulacji amplitudowej
Za pomocÄ… oscyloskopu nale\
y zaobserwować przebiegi: i) sygnału zmodulowanego amplitudowo
(gniazdo G5), ii) sygnału modulującego, iii) sygnału zdemodulowanego (gniazdo G7). Kształt
przebiegów zniekształceń mo\
na 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 nale\
y wyznaczyć głębokość modulacji. Pomiar nale\
y przeprowadzić dla kilku wartości
amplitudy napięcia modulującego.
3.5. Wykonanie pomiarów zniekształceń dla modulacji częstotliwościowej (FM)
Przełączając przełącznik S4 w pozycję FM nale\
y wykonać serię pomiarów tak jak dla modulacji
amplitudy. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów nale\
y wykreślić charakterystykę zmian
zniekształceń w funkcji dewiacji częstotliwości. Czułość modulatora kf jest równa 285 1/V.
3.6. Obserwacja przebiegów na oscyloskopie modulacji częstotliwościowej (FM)
Za pomocÄ… oscyloskopu nale\
y zaobserwować przebiegi: i) sygnału zmodulowanego
częstotliwościowo (gniazdo G5), ii) sygnału modulującego oraz sygnału zdemodulowanego
(gniazdo G7). Kształt przebiegów zniekształceń mo\
na 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,
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013
Instrukcja do ćwiczenia  Modulacja i Demodulacja 11
4. Wykreślić charakterystykę zmian zniekształceń w funkcji dewiacji częstotliwości (współczynnik
proporcjonalności modulator FM kf = 285 1/V).
5. Pytania kontrolne
1. Na czym polega modulacja amplitudowa (AM)?
2. Co to jest głębokość modulacji?
3. Na czym polegają ró\
nice 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, WKA
, Warszawa 2001.
2. Hyla M.: Radioelektronika. Wydawnictwo Pol. Åšl. Gliwice 2006.
3. Malzacher S. (red.): Laboratorium Elektroniki II. Skrypt Pol. Åšl. 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.
Materiały powielane. Wersja robocza skryptu z AEiUE  Gliwice 2013