Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο"

Ἄτλας Ιωάννου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο Εργαστηριακή Άσκηση 2: Πειραματική μελέτη συστημάτων διαμόρφωσης πλάτους (ΑΜ) Δρ. Ηρακλής Σίμος Τμήμα: Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε.

Εργαστηριακή Άσκηση 2: Πειραματική μελέτη συστημάτων

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα.

3 1. Περιεχόμενα 2. Σκοπός Άσκησης Περιεχόμενα Ενότητας Διαμόρφωση ΑΜ Ο ισοσταθμισμένος διαμορφωτής Feedback 295D Η μονάδα παραγωγής φέροντος Feedback 295Α Εκτέλεση πειραματικού μέρους: Διαμόρφωση ΑΜ Ισοστάθμιση διαμορφωτή Μέτρηση του δείκτη διαμόρφωσης Αποδιαμόρφωση ΑΜ Εισαγωγή Εκτέλεση πειραματικού μέρους: Αποδιαμόρφωση ΑΜ...9

..6 3.2.1 Ισοστάθμιση διαμορφωτή...6 3.2.2 Μέτρηση του δείκτη διαμόρφωσης...8 3.3 Αποδιαμόρφωση ΑΜ...9 3.

4 2. Σκοπός Άσκησης Στην 2η άσκηση της σειράς γίνεται εξοικείωση των σπουδαστών με τον εργαστηριακό εξοπλισμό των συστημάτων διαμόρφωσης και εξετάζονται βασικές αρχές και λειτουργίες συστημάτων της διαμόρφωσης πλάτους (AM). Οι στόχοι της άσκησης και τα θέματα τα οποία καλύπτει είναι: Η εξοικείωση με τα βασικά όργανα του εργαστηρίου και τον εξοπλισμό των συστημάτων διαμόρφωσης. Η εφαρμογή των βασικών αρχών της διαμόρφωσης πλάτους (AM). Πειραματική υλοποίηση/μελέτη συστήματος διαμόρφωσης/αποδιαμόρφωσης ΑΜ. Η μέτρηση και υπολογισμός βασικών παραμέτρων συστήματος διαμόρφωσης ΑΜ. 3. Περιεχόμενα Ενότητας Διαμόρφωση ΑΜ Ο ισοσταθμισμένος διαμορφωτής Feedback 295D Η μονάδα παραγωγής φέροντος Feedback 295Α Εκτέλεση πειραματικού μέρους: Διαμόρφωση ΑΜ Ισοστάθμιση διαμορφωτή Μέτρηση του δείκτη διαμόρφωσης Αποδιαμόρφωση ΑΜ Εισαγωγή Εκτέλεση πειραματικού μέρους: Αποδιαμόρφωση ΑΜ 3.1 Διαμόρφωση ΑΜ Ο ισοσταθμισμένος διαμορφωτής Feedback 295D Στην παρούσα άσκηση θα διερευνηθούν τα χαρακτηριστικά ενός συστήματος διαμόρφωσης ΑΜ το οποίο βασίζεται στον ισοσταθμισμένο διαμορφωτή Feedback 295D (σχήμα 2.1). Ο διαμορφωτής δέχεται ως είσοδο το φέρον σήμα, το σήμα πληροφορίας και προαιρετικά μια συνεχή τάση πόλωσης και πραγματοποιεί τη διαμόρφωση ΑΜ ενεργώντας σαν πολλαπλασιαστής, σύμφωνα με την εξίσωση (1.5).

Η εφαρμογή των βασικών αρχών της διαμόρφωσης πλάτους (AM). Πειραματική υλοποίηση/μελέτη συστήματος διαμόρφωσης/αποδιαμόρφωσης ΑΜ.

5 Σχήμα 2.1: Σχηματικό διάγραμμα του ισοσταθμισμένου διαμορφωτή ΑΜ Feedback 295D. Η μονάδα 295D διαθέτει τα παρακάτω σημεία σύνδεσης: Σημείο α: είσοδος του σήματος βασικής ζώνης (πληροφορία). Σημείο b: είσοδος φέροντος σήματος. Σημείο ᾱ: είσοδος της συνεχούς (dc) τάσης πόλωσης. Σημείο c: έξοδος διαμορφωμένου ΑΜ σήματος. Σημείο +1V: παροχή συνεχούς (dc) τάσης +1V. Σημείο VAR DC 4: παροχή συνεχούς (dc) τάσης από την μονάδα VARIABLE DC της κεντρική κονσόλας ΤΚ 290, διαιρεμένη δια 4. Οι ρυθμιστές balance (a) και balance (b) μας δίνουν την δυνατότητα ρύθμισης του πάνω και του κάτω τμήματος (ισοστάθμισης) της κυματομορφής AM, όπως θα δούμε παρακάτω Η μονάδα παραγωγής φέροντος Feedback 295Α Η μονάδα 295A (σχήμα 2.2) παράγει στην έξοδό της σήματα συχνοτήτων της τάξης των 200 KHz 2000 KHz. Για τους σκοπούς της άσκησης η μονάδα 295Α θα παράγει το φέρον σήμα, η συχνότητα του οποίου ορίζεται από τον ρυθμιστή C και δίνεται στην έξοδο εξασθενημένη ή μη, ανάλογα με το σημείο σύνδεσης.

Σημείο VAR DC 4: παροχή συνεχούς (dc) τάσης από την μονάδα VARIABLE DC της κεντρική κονσόλας ΤΚ 290, διαιρεμένη δια 4.

6 Σχήμα 2.2: Σχηματικό διάγραμμα της μονάδας Feedback 295Α. 3.2 Εκτέλεση πειραματικού μέρους: Διαμόρφωση ΑΜ Ισοστάθμιση διαμορφωτή 1. Πραγματοποιείστε τις συνδέσεις: - Συνδέστε το φέρον σήμα (έξοδος της μονάδας 295Α) στην είσοδο b της μονάδας 295D. - Συνδέστε τη γείωση της μονάδας 295A με την αντίστοιχη της μονάδας 295D. - Στην μονάδα 295D συνδέστε την μεταβλητή τροφοδοσία DC (VAR DC 4) με την είσοδο ᾱ. - Συνδέστε το ένα κανάλι του παλμογράφου στην έξοδο της μονάδας 295D (σημείο c και γη). - Συνδέστε το σήμα πληροφορίας (έξοδος της γεννήτριας συχνοτήτων) στην είσοδο σήματος του διαμορφωτή (σημείο α και γη στην μονάδα 295D). - Στο δεύτερο κανάλι του παλμογράφου συνδέστε το σήμα πληροφορίας (το σημείο α στην 295D). Ενδεικτικά το σύστημά σας θα πρέπει να έχει περίπου τη μορφή του σχήματος 2.3 (εξαιρέστε το βολτόμετρο και την σύνδεση Trigger)

- Στην μονάδα 295D συνδέστε την μεταβλητή τροφοδοσία DC (VAR DC 4) με την είσοδο ᾱ. - Συνδέστε το ένα κανάλι του παλμογράφου στην έξοδο της μονάδας 295D (σημείο c και γη).

7 . Σχήμα 2.3: Σχηματικό διάγραμμα διαμόρφωσης AM με χρήση της μονάδας Feedback 295D. 2. Πραγματοποιείστε τις ρυθμίσεις: - Στην μονάδα 295Α ρυθμίστε τον μεταβλητό εξασθενητή (OUTPUT db) στο 0db. - Στην μονάδα 295Α τοποθετήστε τον ρυθμιστή συχνότητας C στην ένδειξη 450 ΚΗz. Προσεγγι- στικά η συχνότητα αυτή είναι η «τελεία» που υποδεικνύεται στο σχήμα Στην κεντρική κονσόλα ΤΚ 290 ρυθμίστε την VARIABLE DC στην τιμή 2 V έτσι ώστε στην μονάδα 295D στο σημείο VAR DC 4 να έχουμε 0.5 V. 3. Ενεργοποιείστε την κονσόλα TK Χωρίς να έχετε ενεργοποιήσει την γεννήτρια του σήματος πληροφορίας ποιο σήμα βλέπετε στο κανάλι 1 του παλμογράφου; 5. Ενεργοποιείστε την γεννήτρια σήματος πληροφορίας και επιλέξτε ημιτονική έξοδο. Με τη βοήθεια του καναλιού 2 του παλμογράφου, θέσατε συχνότητα 300 Hz και πλάτος 1 Vpp. 6. Ρυθμίστε τους περιστρεφόμενους μεταγωγείς balance a και balance b στην μονάδα 295D. Έτσι ώστε η περιβάλλουσα του σήματος AM να είναι συμμετρική ως προς την μέση τιμή του φέροντος (σχήμα 2.4). Επικοινωνείστε με τον διδάσκοντα για βοήθεια. 7. Ποιο είδος διαμόρφωσης AΜ διακρίνετε; 8. Αναγνωρίστε το σήμα πληροφορίας πάνω στο διαμορφωμένο ΑΜ και ελέγξτε αν όντως αυτό έχετε στην είσοδο. 9. Υπόδειξη: θέσατε τον παλμογράφο σε λειτουργία dual channel για να βλέπετε και τα δύο κανάλια ταυτόχρονα.

5 V. 3. Ενεργοποιείστε την κονσόλα TK 290. 4. Χωρίς να έχετε ενεργοποιήσει την γεννήτρια του σήματος πληροφορίας ποιο σήμα βλέπετε στο κανάλι 1 του παλμογράφου; 5.

8 Σχήμα 2.4: Σήμα DSB AM και χαρακτηριστικά μέτρησης του βαθμού διαμόρφωσης. 10. Πόση πρέπει να είναι η συχνότητα του σήματος πληροφορίας ώστε μέσα σε μια περίοδό του να περιέχει 10 επαναλήψεις (περιόδους) του φέροντος; 11. Τι θα συνέβαινε αν αφαιρούσατε την σύνδεση από το σημείο ᾱ στην μονάδα 295D; Αιτιολογήστε την απάντησή σας με βάση την εξίσωση 1.2 ή Πραγματοποιείστε το βήμα 11, παρατηρήστε το διαμορφωμένο σήμα στον παλμογράφο και καταγράψτε το. Ποιό είδος διαμόρφωσης AΜ διακρίνετε; Μέτρηση του δείκτη διαμόρφωσης 13. Επανασυνδέστε την μεταβλητή τροφοδοσία dc (VAR DC 4) με την είσοδο ᾱ. 14. Για διάφορες τιμές του πλάτος του σήματος, μετρήστε τα αντίστοιχα μεγέθη και συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα. 15. Υπόδειξη: παρατηρήστε το σήμα εισόδου στο κανάλι 1 του παλμογράφου, το διαμορφωμένο σήμα AM στο κανάλι 2 του παλμογράφου και υπολογίστε τον δείκτη διαμόρφωσης βάσει του τύπου (1.6) και του σχήματος 2.4. Πλάτος σήματος (Vpp) Vmax (Vpp) Vmin (Vpp) Βαθμός διαμόρφωσης (μ) 16. Για ποια τιμή του πλάτους σήματος έχουμε διαμόρφωση με δείκτη 100% (μ = 1);

Τι θα συνέβαινε αν αφαιρούσατε την σύνδεση από το σημείο ᾱ στην μονάδα 295D; Αιτιολογήστε την απάντησή σας με βάση την εξίσωση 1.2 ή 1.5. 12.

9 3.3 Αποδιαμόρφωση ΑΜ Εισαγωγή Η αποδιαμόρφωση ενός σήματος DSB ΑΜ πειραματικά πραγματοποιείται εύκολα με δύο διαδοχικά βήματα: Ανόρθωση Απομάκρυνση του φέροντος Η ανόρθωση του σήματος ΑΜ γίνεται με την χρήση μιας διόδου και η απομάκρυνση των γρήγορων μεταβολών του φέροντος υλοποιείται με την εφαρμογή ενός φίλτρου αντίστασης πυκνωτή. Το είδος αυτό του αποδιαμορφωτή λέγεται φωρατής περιβάλλουσας (envelope detector) και το σχηματικό διάγραμμα ενός τέτοιου κυκλώματος δίνεται στο σχήμα 2.5. Σχήμα 2.5: Σχηματικό διάγραμμα κυκλώματος αποδιαμόρφωσης ΑΜ. 3.4 Εκτέλεση πειραματικού μέρους: Αποδιαμόρφωση ΑΜ 16. Χρησιμοποιείστε το συντονιζόμενο κύκλωμα 295Η στην έξοδο του ισοσταθμισμένου διαμορφωτή (μονάδα 295D) όπως στο σχήμα 2.7α. 17. Ρυθμίστε την κεντρική συχνότητα του συντονιζόμενου κυκλώματος έτσι ώστε να έχετε την μέγιστη έξοδο. Υπόδειξη: παρακολουθώντας στο κανάλι 2 του παλμογράφου την έξοδο του κυκλώματος, ρυθμίστε την κεντρική συχνότητα του κυκλώματος μέσω του περιστρεφόμενου ρυθμιστή στην μονάδα 295Η και επιλέξτε τη ρύθμιση για μέγιστο σήμα. 18. Στην μονάδα 295C συνδέστε την R1 παράλληλα με την R3 (όπως στο σχήμα 2.7β). 19. Συνδέστε το διαμορφωμένο σήμα από την έξοδο του συντονιζόμενου κυκλώματος (μονάδα 295H) στην είσοδο του φωρατή περιβάλλουσας (μονάδα 295C) πραγμα- τοποιώντας τις συνδέσεις (όπως στο σχήμα 2.7β): - Συνδέστε την έξοδο CT της μονάδας 295H στην άνοδο της διόδου Γερμανίου D1.

Το είδος αυτό του αποδιαμορφωτή λέγεται φωρατής περιβάλλουσας (envelope detector) και το σχηματικό διάγραμμα ενός τέτοιου κυκλώματος δίνεται στο σχήμα 2.5. Σχήμα 2.

10 - Συνδέστε την έξοδο lo της μονάδας 295H στην κάθοδο της διόδου D1 συμπεριλαμβάνοντας την αντίσταση R1 = 100 ΚΩ. (α)

11 Σχήμα 2.7: Σχηματικό διάγραμμα συστήματος διαμόρφωσης/αποδιαμόρφωσης AM. (α) Κύκλωμα διαμόρφωσης με χρήση ισοσταθμισμένου πολλαπλασιαστικού διαμορφωτή (μονάδα Feedback 295D). (β) Κύκλωμα αποδιαμόρφωσης με χρήση φωρατή περιβάλλουσας (μονάδα Feedback 295C). 20. Συνδέστε στο κανάλι 1 του παλμογράφου το διαμορφωμένο σήμα ΑΜ (είσοδος του κυκλώματος), και στο κανάλι 2 το αποδιαμορφωμένο σήμα (έξοδος του κυκλώματος). Υπόδειξη: Συνδέστε το κανάλι 1 στην άνοδο της διόδου D1 και τη γείωση του στο σημείο lo. Συνδέστε το κανάλι 2 στο άνω άκρο της αντίστασης R3 και τη γείωση του στο σημείο lo. 21. Παρατηρήστε τα σήματα στην είσοδο και έξοδο του κυκλώματος. Πως ακριβώς παράγεται η κυματομορφή εξόδου; Είναι αυτό το σήμα αποδιαμορφωμένο ΑΜ; 22. Συνδέστε παράλληλα στις αντιστάσεις R1 και R3 τον πυκνωτή C1 = 1 nf και παρατηρήστε το σήμα εξόδου. Τι διαφορετικό συμβαίνει σε σχέση με το προηγούμενο βήμα; Σχήμα 2.7: Τα διάφορα στάδια της διαδικασίας αποδιαμορφωσης ΑΜ με χρήση του φωρατή περιβάλλουσας (μονάδα Feedback 295C): (α) το σήμα DSB AM στην είσοδο του φωρατή, (β) το σήμα στα άκρα της αντίστασης μετά την ανόρθωση από τη δίοδο, (γ), (δ), (ε) το σήμα στα άκρα του πυκνωτή για διάφορες περιπτώσεις της συνολικής χωρητικότητας C.

Συνδέστε στο κανάλι 1 του παλμογράφου το διαμορφωμένο σήμα ΑΜ (είσοδος του κυκλώματος), και στο κανάλι 2 το αποδιαμορφωμένο σήμα (έξοδος του κυκλώματος).

12 23. Επαναλάβετε το βήμα 23 διαδοχικά για τους πυκνωτές C3 = 5 nf, και C4 = 20 nf. Ποια η επίδραση της χωρητικότητας του συνδεδεμένου πυκνωτή στο σήμα εξόδου; 24. Αποσυνδέστε την αντίσταση R3 = 4.7 KΩ από το κύκλωμα και συνδέστε παράλληλα την R1= 100 ΚΩ διαδοχικά με τους πυκνωτές C1, C3, C4. Παρατηρήστε το αποδιαμορφωμένο σήμα στον παλμογράφο και συγκρίνετε με τις περιπτώσεις του σχήματος Υπολογίστε την σταθερά χρόνου RC για τους διάφορους συνδυασμούς πυκνωτών και αντιστάσεων και με τη βοήθεια του σχήματος 2.7 συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα. Αντιστάσεις Συνολική αντίσταση (Ω) Πυκνωτές Συνολική Σταθερά χωρητικότητα (F) χρόνου RC (s) Περίπτωση από το σχήμα (2.7) 12

Παρατηρήστε το αποδιαμορφωμένο σήμα στον παλμογράφο και συγκρίνετε με τις περιπτώσεις του σχήματος 2.8. 25.

Σχετικά έγγραφα

Η Φυσική με Πειράματα

Α Γυμνασίου Η Φυσική με Πειράματα Πρόγραμμα Σπουδών Περιγραφή Το μάθημα της Φυσικής, η "Φυσική με Πειράματα", στην πρώτη τάξη του Γυμνασίου προβλέπεται να διδάσκεται μία ώρα την εβδομάδα, στην τάξη ή στο