Лабораторная работа
Модуляция и детектирование
электромагнитных колебаний.
Цель работы: Углубить представления о принципах радиосвязи, провести экспериментальные наблюдения процессов модуляции и детектирования.
Оборудование: Учебно-лабораторный стенд по теме работы.
Ход работы.
Работа выполняется на стенде, содержащим четыре блока: блок питания, генератор незатухающих колебаний высокой частоты, модулятор и демодулятор (детектор) наблюдения производят при помощи электронного осциллографа.
Часть 1. Модуляция.
Процесс управления высокочастотными колебаниями при передаче речи, музыки или телевизионных сигналов называется модуляцией
. Переменный ток в антенне передатчика называется током несущей частоты,
его зависимость от времени выражается через уравнение , где Jm
0
– амплитуда тока; ω0
– частота тока; - фаза тока.
Передаваемый сигнал может воздействовать на одну из этих величин, в соответствии с этим различают амплитудную (АМ)
, частотную (ЧМ)
и фазовую (ФМ)
модуляцию.
Амплитудная модуляция.
Она наиболее часто применяется при передаче сигналов звуковой частоты. Амплитуда тока высокой частоты Jm
0
изменяется под воздействием звуковых колебаний, как это показано на рисунке
Рис.1.
Как видно из рисунка 1, несущая частота остается неизменной, а амплитуда изменяется в такт со звуком. Для количественной оценки применяют коэффициент модуляции, равный отношению прироста амплитуды Δ
Jm
тока несущей частоты к амплитуде тока до модуляции: %. Нормальной работе соответствует коэффициент модуляции от 30 до 80 %.
Процесс амплитудной модуляции не является простым сложением двух колебаний, он значительно сложнее. Состав модулированного колебания можно представить как сумму нескольких высокочастотных колебаний с разными частотами и амплитудами. В простейшем случае, когда низкочастотное модулирующее колебание имеет частоту F
и синусоидальную форму, модулирование (результирующее колебание) содержит три составляющих: несущую частоту f
; колебание (
f
+
F
)
и колебание (
f
-
F
).
Если звук содержит множество частот (музыка, оркестр), то это приводит к расширению полосы частот. Так например, при передаче звука речи (Δ
F
≈ 3000 Гц
) полоса частот передатчика достигает 6кГц,
для высококачественной передачи музыки (частота до 15кГц
) спектр частот расширяется до 30кГц
.
Схема амплитудной модуляции.
Амплитудная модуляция осуществляется в одном из каскадов передатчика (рис. 2 ) Высокую (несущую) частоту вырабатывает генератор незатухающих колебаний, собранный на базе транзистора по трехточечной схеме. Его колебательный контур состоит из катушки индуктивности L
г
и конденсатораС
г
.
Меняя индуктивность перемещением сердечника в катушке, можно изменять частоту генерации в пределах 15 – 25кГц
. Электропитание схемы генератора осуществляется от источника постоянного тока 10 – 12В.
В цепи питания генератора располагается вторичная обмотка трансформатора Тр2
, а на его первичную обмотку подается низкочастотное модулирующее напряжение с трансформатора Тр1
. РезисторR
3
выполняет роль регулятора глубины модуляции, поскольку он определяет величину переменного напряжения на первичной, а, следовательно, и на вторичной обмотке трансформатора Тр2
. В свою очередь напряжение вторичной обмотки (≈ 15 В
) снимается с вторичной обмотки сетевого трансформатора Тр1
. Это же напряжение выпрямляется мостовой полупроводниковой схемой, его пульсации сглаживаются фильтром на основе резистора и двух конденсаторов, и в качестве питания подается на генератор несущей частоты.
Задание 1.1.
<
Подключите вход осциллографа к клеммам генератора В
и О
при отсутствии напряжения на трансформаторе Тр2
(ползунок реостатаR
3
в нижнем положении) пронаблюдайте форму и измерьте частоту колебаний в генераторе.
Проверьте соответствует ли она формуле (параметры контура L
и С
указаны на схеме). Ответ зарисуйте, запишите и объясните.
Задание 1.2.
Наблюдение модуляции колебаний.
Подайте на вход осциллографа напряжение точек В
и О
, при помощи реостата R
3
меняйте напряжение модуляции. Для двух–трёх напряжений зарисуйте вид модулированных колебания и рассчитайте для каждого случая коэффициент модуляции.
Часть 2. Детектирование.
Детектор является одним из главных элементов любого приемника ЭМВ. Его назначение - преобразовать высоко частотные колебания в колебания низкой модулирующей частоты, т. е. отделить конечную информацию от несущей частоты.
Для осуществления процесса детектирования применяют диоды – устройства, обладающие односторонней проводимостью. Это могут быть вакуумные ламповые, но чаще - полупроводниковые диоды.
Схема детекторной ступени с полупроводниковым диодом выделена на рисунке 2. Работает она следующим образом. Модулированные колебания высокой частоты поступают в цепь, содержащую диод D
1
, благодаря чему ток в ней существует только в течении одного полупериода напряжения. Ток имеет импульсную форму и содержит в себе постоянную составляющую J
пост
, переменную составляющую высокой частоты J
выс
и переменную составляющую низкой (звуковой) частоты J
низ
.
Нагрузкой ступени является сопротивление R
(0,1 – 0,5МОм)
. Параллельно этому сопротивлению включен конденсатор С1
, имеющий емкость 100 – 200пФ.
Для токов высокой частоты он имеет малое сопротивление , поэтому на нагрузочном сопротивлении R
выделяется только постоянное напряжение и напряжение звуковой частоты. Через конденсатор С2
(0,1 – 0,5 мкФ)
на усилитель подается только низкочастотное переменное напряжение. Все эти преобразования иллюстрирует рисунок
Задание 2.1.
Наблюдение последовательности преобразования напряжения.
- в отсутствии диода D
;
- при наличии диода D
в отсутствии С1
;
- при наличии D
и С1
, без С2
и с ним.
Отчет
__________________________________________
о выполнении лабораторной работы № 3
Модуляция и детектирование электромагнитных колебаний.
Задание 1.1.
Форма и частота колебаний в генераторе высокой частоты.
U
дел
|
| t
, мс |
Ск
= …………мкФ; Ттеор.
= = …………мс;
L
к
= …………мГн; Тнабл.
= …………………….мс;
Ттеор.
= (≠) Тнабл..
Причина? ……………………
Задание 1.2.
Наблюдение модуляции колебаний
Напряжение на генераторе В.Ч. Модулирующие колебания, клеммы
Клеммы О
и В. Тр2
отключен С и D, Тр2
включен
Промодулированные колебания. Пределы глубины модуляции
Клеммы О
и В. Тр2
включен (управление с помощью R
3
)
Задание 2.1.
Наблюдение демодуляции колебаний
Входное напряжение Детектирование, клеммы А
и О
,
Клеммы О
и В.
ключ К
разомкнут
Напряжение на выходе при Напряжение на выходе после
включенном С1
.
конденсатора С2
.