ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО МОДУЛЯТОРА ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
Цель работы: Изучить теоретические сведения об амплитудной модуляции. Исследовать параметры амплитудного модулятора гармонических сигналов.
Вопросы занятия:
Теоретические сведения об амплитудной модуляции.
Исследование амплитудного модулятора гармонических сигналов.
Содержание занятия
Одним из основных элементов радиопередающего устройства является модулятор. Электрический сигнал на выходе модулятора является формой представления сообщения для передачи его системой электросвязи. Чтобы передать сигнал системе электросвязи, необходимо воспользоваться каким-либо переносчиком, согласованным с каналом связи, промодулированным по закону изменения исходного сигнала. Для этого используются так называемые модуляторы. Начнем с наиболее простой модуляции — амплитудной и соответственно устройство для получения амплитудно-модулированного сигнала применяется амплитудный модулятор (АМ).
Прежде чем приступить к рассмотрению схемы АМ, немного теории.
Теоретические сведения об амплитудной модуляции.
Модуляцией называется процесс, в результате которого происходит изменение параметра или параметров сигнала-переносчика (несущего колебания) пропорционально другому сигналу (модулирующему), называемому сигналом сообщения.
Процесс преобразования первичного сигнала заключается в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания по закону изменения первичного сигнала (т.е. в наделении несущего колебания признаками первичного сигнала) и называется модуляцией .
|
|
|
Гармоническое колебание, выбранное в качестве несущего, в следующем виде:
U0(t) = Um,вх,0cos (ωt + φ) (1)
Это колебание полностью характеризуется тремя параметрами: амплитудой U, частотой ω и начальной фазой φ. Модуляцию можно осуществить изменением любого из трех параметров по закону передаваемого сигнала.
В качестве модулирующего сигнала воздействует такое же гармоническое колебание, но с меньшей частотой:
S(t) = Um,Ωcos (Ωt + φΩ) (2)
Таким образом на входе модулятора действует сигнал:
(3)
На выходе амплитудного модулятора в этом случае должен быть получен сигнал вида
(4)
Рисунок 1 - Передаваемый сигнал S(t), несущее колебание U0(t), без модуляции и с модуляцией, модулированный сигнал (в).
Параметр М=ΔU/U есть нечто иное как глубина амплитудной модуляции или коэффициентом (индексом) амплитудной модуляции Мам. При Мам = 0 модуляции нет и u(t) = u0(t), т.е. получается немодулированное несущее колебание (1). Обычно амплитуда несущего выбирается больше амплитуды первичного сигнала, так что Мам <1.
|
|
|
Рисунок 2 – Спектры синусоидального (а) и сложного (в) сигналов и модулированных ими по амплитуде несущих колебаний (б, г).
На рисунке 2 показана форма передаваемого сигнала (а) несущего колебания до модуляции (б) и модулированного по амплитуде несущего колебания (в).
Произведя в (3) преобразования, получим, что амплитудно-модулированное колебание состоит из суммы трех гармонических составляющих с частотами ω, (ω+Ω) и (ω-Ω) и амплитудами соответственно U, МамU/2 и МамU/2.
u(t) = U cosωt + (Мам U /2) cos (ω + Ω) t + (Мам U /2) cos (ω – Ω)t
Таким образом, спектр амплитудно-модулированного колебания (или АМ-колебания) состоит из частоты несущего колебания и двух боковых частот, симметричных относительно несущей, с одинаковыми амплитудами (рис.2, б). Спектр первичного сигнала s(t) приведен на рис.2, а.
Если первичный сигнал сложный и его спектр ограничен частотами Ωmin и Ωmax (см. рис.2, в), то спектр АМ – колебания будет состоять из несущего колебания и двух боковых полос, симметричных относительно несущей (см. рис.2, г).
Анализ энергетических соотношений показывает, что основная мощность АМ – колебания заключена в несущем колебании, которое не содержит полезной информации. Нижняя и верхняя боковые полосы несут одинаковую информацию и имеют более низкую мощность
|
|
|
Характеристики модуляторов
Основными характеристиками модуляторов являются модуляционная и частотная.
Модуляционная характеристика представляет собой зависимость отклонения информационного параметра несущей от воздействующего постоянного модулирующего напряжения Uм. При гармонической несущей и применении амплитудного модулятора это отклонение амплитуды Um.
В идеальном случае модуляционная характеристика должна быть линейной (рисунок 3) однако реальная характеристика имеет отклонения. Эти отклонения приводят к нелинейным искажениям модулированного сигнала. По данной характеристике определяют качественные показатели модулятора (амплитуду модулирующего сигнала).
Рисунок 3 – модуляционная характеристика модулятора
Частотная характеристика представляет собой зависимость основного параметра модулированного сигнала от частоты модулирующего гармонического сигнала uМ(t). Для гармонической несущей такими параметрами являются коэффициент МАМ при АМ,
Идеальная частотная характеристика имеет постоянное значение на всех частотах (рисунок 4). Реальная характеристика имеет отклонения, что приводит к частотным искажениям. По частотной характеристике определяют частотные свойства модулятора (полосу пропускания модулятора).
|
|
|
Рисунок 4 – Частотная характеристика модулятора
Модуляционная и частотная характеристики снимаются экспериментально.
Формирование амплитудно-модулированных сигналов
Однотактный амплитудный модулятор на диоде
В состав данного модулятора входит диод (нелинейный элемент) и полосовой фильтр (рисунок 5). Нелинейный элемент в схеме необходим так как модуляция связана с изменением спектра сигнала.
Рисунок 5 – Принципиальная электрическая схема однотактного амплитудного модулятора на диоде
На диод VD, вольтамперная характеристика которого аппроксимирована полиномом второй степени, подаются три напряжения: напряжение смещения U0, напряжения модулирующего сигнала (u(t)) и несущего (S(t)) колебания.
В результате воздействия входных сигналов на нелинейный элемент с кусочно-линейной аппроксимацией в токе последнего появляются гармоники и комбинационные составляющие входных сигналов, а именно составляющие с частотами:
(смотри рис. 6).
Составляющие с частотами и образуют требуемое амплитудно-модулированное колебание. Оно должно быть выделено полосовым фильтром со средней частотой, равной несущей, и полосой пропускания, достаточной для выделения составляющих с частотами 
Рисунок 6
Для выделения необходимых составляющих сигнала на выходе АМ устанавливается полосовой фильтр настроенный на частоту несущей с полосой пропускания
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1313; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!