ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 1 από 13

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από 3 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 4 ο η : Το δοµικό διάγραµµα του ποµπού ΑΜ φαίνεται στο παραπάνω σχήµα. Με βάση αυτό η διαδικασία της διαµόρφωσης αποτελείται από δύο λειτουργικά τµήµατα: (α) Αυτό που επεξεργάζεται το βασικό σήµα. Αποτελείται: () Τον αισθητήρα µετατροπής της πληροφορίας σε ηλεκτρικό σήµα. () Την ενίσχυση του σήµατος. (3) Τη χρήση κατάλληλων φίλτρων. (β) Τη γεννήτρια παραγωγής του φέροντος σήµατος (ταλαντωτής), που επιτυγχάνεται µε: () Απλό αρµονικό ταλαντωτή, όταν ο ποµπός προορίζεται να λειτουργήσει σε µια και µοναδική συχνότητα φέροντος. () Κύκλωµα σύνθεσης συχνότητας, όταν θέλουµε να έχουµε δυνατότητα προγραµµατισµού της κεντρικής συχνότητας ( ) του φέροντος. π.χ.: PLL. Μετά το στάδιο της διαµόρφωσης, το διαµορφωµένο σήµα ενισχύεται στο στάδιο Β, όπου ενισχύονται οµοιόµορφα όλες οι φασµατικές ακτίνες του φέροντος. Η τελική συχνότητα στην κεραία εκποµπής είναι συνήθως διαφορετική από τη συχνότητα του φέροντος, κι αυτό γίνεται για την ποιοτική αναβάθµιση του συστήµατος εκποµπής. Αυτό πραγµατοποιείται επειδή η ισχύς στην κεραία εκποµπής είναι αρκετά µεγάλη και επηρεάζει τα ευαίσθητα τµήµατα του ποµπού. (ταλαντωτής, διαµορφωτής) η : Αρµονικός ταλαντωτής είναι ένα συντονιζόµενο κύκλωµα L C. Η αρχή λειτουργίας του κυκλώµατος στηρίζεται στην αυτοταλάντωση, την οποία υφίσταται το συντονιζόµενο κύκλωµα L C, όταν διεγερθεί από ρεύµα. Η αυτοταλάντωση έχει συχνότητα: και έχει απώλειες που οφείλονται στις π L C ωµικές αντιστάσεις του κυκλώµατος. Η ποιότητα του κυκλώµατος εκφράζεται από το συντελεστή ποιότητας, που δίνεται από τον τύπο: Q π r L, όπου r η ωµική αντίσταση του πηνίου.

2 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από 3 3 η : Επειδή όλα τα συντονιζόµενα κυκλώµατα εκτελούν φθίνουσα ταλάντωση, λογω ωµικών απωλειών, για να διατηρήσουν την συχνότητά τους, τους παρέχεται συνεχώς ενέργεια. Αυτό επιτυγχάνεται µε τη χρήση ενισχυτή µε transistor, όπου σε κάθε κύκλο λειτουργίας του ανατροφοδοτείται το συντονιζόµενο κύκλωµα. Τα είδη των ταλαντωτών είναι: (α) ταλαντωτής Hartley. (β) ταλαντωτής Colpitts. (γ) ταλαντωτής κρυστάλλου, ο οποίος έχει µεγαλυτερη σταθερότητα στη συχνότητα λειτουργίας του και µεγαλύτερη ποικιλία. 4 η : Ο αρµονικός ταλαντωτής χαρακτηρίζεται από τέσσερα βασικά λειτουργικά χαρακτηριστικά: (α) Τη συχνότητα λειτουργίας του ( ). (β) Την ακρίβεια της συχνότητάς του, δηλαδή αν επηρεάζεται από διάφορους εξωγενείς παράγοντες όπως: (β.) η θερµοκρασία. (β.) η τάση τροφοδοσίας. Όπου µια µεταβολή στους παράγοντες αυτούς προκαλεί µεταβολή στη συχνότητα κατά. Ο λόγος / ονοµάζεται σχετική ακρίβεια ή σχετική σταθερότητα της συχνότητας και εκφράζει την ποιότητα του ταλαντωτή. Ιδανικός ταλαντωτής είναι εκείνος ο οποίος έχει, δηλαδή έχει σταθερή συχνότητα. (γ) Τη φασµατική καθαρότητα του σήµατος. Οι περισσότεροι ταλαντωτές λόγω θορύβου δε δίνουν τέλειο ηµιτονικό σήµα, αλλά συνθετότερο µε φασµατικές συνιστώσες κοντά στην ονοµαστική του συχνότητα. (δ) Τη σταθερότητα του πλάτους του σήµατος, όπου δεν εξαρτάται από εξωγενείς παράγοντες όπως: (δ..) αλλοιώσεις της τάσης τροφοδοσίας, (δ..) βιοµηχανικούς θορύβους, (δ.3.) θερµοκρασία,

3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 3 από 3 (δ.4.) γήρανση των εξαρτηµάτων. Αυτό απαιτεί προσεκτική µελέτη και προσοχή κατά την κατασκευή όπως:. αυστηρή επιλογή των εξαρτηµάτων,. σταθερή κατασκευή, 3. αυστηρή σταθεροποίηση της τάσης τροφοδοσίας, 4. θερµική αποµόνωση του κυκλώµατος, 5. θωράκιση για προστασία από βιοµηχανικά και ηλεκτροµαγνητικά παράσιτα. 6. η τάση του ταλαντωτή να µην επηρεάζεται από το ρεύµα. Για τους παραπάνω λόγους χρησιµοποιούµε κύκλωµα ακολούθου τάσης. 5 η : VCO ονοµάζεται ο ταλαντωτής του οποίου η συχνότητα λειτουργίας τους ελέγχεται από ηλεκτρική τάση. s(t) Ταλαντωτής VCO k:hz/v (t) [(t) +ks(t)], k / s 6 η : Ο ταλαντωτής VCO χαρακτηρίζεται από: τη ζώνη συχνοτήτων λειτουργίας του. τη γραµµικότητα. την κλίση k (Hz/V) της χαρακτηριστικής του (s(t)), όπου η τάση s(t) αντιπροσωπεύει το ωφέλιµο σήµα. 7 η : Πρόκειται ουσιαστικά για µια διάταξη αυτοµάτου ελέγχου της φάσης του VCO η οποία είναι διαιρεµένη µε τον αριθµό N µε τη φάση ενός σήµατος αναφοράς που προέρχεται από τοπικό ταλαντωτή αναφοράς µε κρύσταλλο µεγάλης ακρίβειας. Αποδεικνύεται από τη σύγκριση των φάσεων των σηµάτων Α (αναφοράς) και Β (έξοδος του VCO), που τείνει να εξισώσει τις συχνότητες αν και VCO /N, ώστε αν VCO /N. Άρα: VCO VCO Ν αν ή ηλαδή η συχνότητα

4 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 4 από 3 εξόδου του ταλαντωτή VCO είναι ακέραιο πολλαπλάσιο µιας συχνότητας αναφοράς. Είναι ένα σύστηµα προγραµµατισµού της συχνότητας του φέροντος µε κατάλληλη επιλογή του αριθµού Ν και βήµα προγραµµατισµού την αν. Αυτά τα κυκλώµατα τα ονοµάζουµε PLL και συναντώνται και ως ολοκληρωµένα κυκλώµατα.

5 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 5 από 3 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 5 ο η : Είναι η διάταξη µε την οποία υλοποιείται η διαδικασία µιας συγκεκριµένης διαµόρφωσης. η : Οι δύο κατηγορίες κυκλωµάτων διαµόρφωσης AM είναι: Κυκλώµατα γραµµικά. Σ αυτά το σήµα της πληροφορίας προστίθεται στο φέρον σήµα, όπου το σύνθετο σήµα πολλαπλασιάζεται µε το σήµα που προέρχεται από τον ταλαντωτή. ( t) [ M + s( t) ] ηµ ( t) ω Στην έξοδο του πολλαπλασιαστή έχουµε: V εξ p V x V, όπου p ο συντελεστής πολλαπλασιασµού σε V -. y ( t) [ M( t) s( t) ] M( t) + ( t) M( t) G M( t) ( s( t) ) + Κυκλώµατα µη γραµµικά, όπου η διαµόρφωση επιτυγχάνεται από την παραµόρφωση που εισάγει µια δίοδος ή ένα transistor που λειτουργεί σε τάξη C, όταν διαρρέεται από ρεύµα. Στο διπλανό σχήµα έχουµε ένα διαµορφωτή AM.

6 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 6 από 3 Η δίοδος λειτουργεί µε διακοπτόµενο ρεύµα. Σ αυτήν εφαρµόζεται το άθροισµα του σήµατος πληροφορίας και του φέροντος που δηµιουργείται από τον ταλαντωτή. Το (t) περιλαµβάνει τη συχνότητα του φέροντος και ις δύο πλευρικές - και +. Με κατάλληλο φιλτρο πετυχαίνουµε το επιθυµητό αποτέλεσµα. Οι δίοδοι αυτοί µπορούν να λειτουργήσουν σε πολύ υψηλές συχνότητες, µ αποτέλεσµα τη δηµιουργία διαµορφωτών, όπου µπορούν να λειτουργήσουν σε ζώνες συχνοτήτων στις οποίες τα γραµµικά κυκλώµατα παρουσιάζουν αδυναµία στη λειτουργία τους. Αντί κυκλώµατος µε δίοδο το ίδιο αποτέλεσµα πετυχαίνουµε και µε κύκλωµα ενισχυτή σε τάξη λειτουργίας C. Αυτοί οι ενισχυτές πλεονεκτούν λόγω του µεγάλου βαθµού απόδοσης ισχύος (8%). Η απόκριση αυτού του κυκλώµατος καθορίζεται από την τάση τροφοδοσίας V CC. Αυτό το κύκλωµα είναι το πλέον χρησιµοποιούµενο λόγω του ότι περιλαµβάνει και τη βαθµίδα ενίσχυσης. Αν σε σειρά µε την τάση τροφοδοσίας εισάγουµε µέσω Μ/Σ το σήµα s(t), τότε η απόκριση του κυκλώµατος εξαρτάται από το s(t). Στην έξοδο του διαµορφωτή υπάρχει φίλτρο, που εξοµαλύνει το διαµορφωµένο σήµα, και αποκαθιστά τον ηµιτονικό του χαρακτήρα. 3 η : Για την υλοποίηση διαµόρφωσης SSB χρησιµοποιούµε κυκλώµατα που στηρίζοναι: (α) στη δηµιουργία, µέσω πολλαπλασιαστή σήµατος DSB sc και στη συνέχεια στην επιλογή της πάνω ή της κάτω φασµατικής ζώνης µε κατάλληλο φίλτρο. ( a a ) C BW Q / ή C /

7 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 7 από 3 Q Q Q Q Q SSB SSB SSB SSB SSB Τα φίλτρα αυτά είναι πολύ επιλεκτικά γι αυτό είναι και δύσκολη η κατασκευή τους. ηλαδή ο Q SSB έχει πολύ µεγάλη τιµή (β) στη δηµιουργία της SSB διαµόρφωσης µέσω δύο ή περισσότερα διαδοχικών σταδίων, χρησιµοποιόντας δύο διαφορετικούς ταλαντωτές µε διαφορετικούς συντελεστές ποιότητας. Σ αυτό το κύκλωµα τον ρόλο του πολλαπλασιαστή παίζει µια διάταξη τεσσάρων διόδων. Σ αυτό η λειτουργία των διόδων ελέγχεται από το σήµα του ταλαντωτή του φέροντος M(t). Η έξοδος του πολλαπλασιαστή είναι: Ε(t)s(t) M(t) Στα παραπάνω κυκλώµατα, περιπτώσεις (α) και (β) στη θέση των φίλτρων µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε κρυσταλλικά φίλτρα.

8 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 8 από 3 (γ) στη δηµιουργία της SSB διαµόρφωσης µέσω δύο κυκλωµάτων ολίσθηση φάσης κατά π/ τόσο του βασικού σήµατος όσο και του σήµατος του ταλαντωτή της φέρουσας συχνότητας. 4 η : s( t) S ηµ ( Ωt) ( t) M ηµ ( t) M ω ' s ' s M M ( t) S π ηµ Ωt+ ( t) S συν( Ωt) ( t) ' M π ηµ ωt+ ( t) M συν( ω t) ' 5 η : Η διάταξη που αξιοποιείται ως διαµορφωτής στην διαµόρφωση M, είναι ο ταλαντωτής που παράγει τη φέρουσα συχνότητα. 6 η : Η δίοδος µεταβλητής χωρητικότητας ή δίοδος varicap είναι µια δίοδος ειδικής τεχνολογίας, που όταν είναι ανάστροφα πολωµένη, συµπεριφέρεται ως χωρητικότητα και η τιµή της εξαρτάται από την τιµή της τάσης πόλωσης. Αν σε σειρά µε την τάση πόλωσης εφαρµόσω το βασικό σήµα s(t) στη δίοδο, τότε η συχνότητα του ταλαντωτή µεταβάλλεται στον ίδιο ρυθµό. Μεταβολή συχνότητας, λόγω µεταβολής χωρητικότητας C, δίνεται από τη σχέση: C C α V α s / C σε ' ' ( t) s( t) M( t) + s( t) M ( t) ( t) S ηµ ( Ωt) M ηµ ( ωt) + ( S συν( Ωt) ) ( M συν( ωt) ) ( t) S M [ ηµ ( Ωt) ηµ ( ωt) + συν( Ωt) συν( ωt) ] ( t) S M συν[ ( ω Ω) t] ( LSB) ' ' ( t) s( t) M( t) s( t) M ( t) ( t) S ηµ ( Ωt) M ηµ ( ωt) ( S συν( Ωt) ) ( M συν( ωt) ) ( t) S M [ ηµ ( Ωt) ηµ ( ωt) συν( Ωt) συν( ωt) ] ( t) S M συν[ ( ω +Ω) t] ( USB) ( t) p Volt Αν s( t) S ηµ ( Ωt) τότε C α S C α S C C Ο λόγος k α η κλίση του διαµορφωτή σε Hz/V C

9 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 9 από 3 Ταλαντωτής VCO µε δίοδο Varicap C >>C vo C Αυτός ο ταλαντωτής χρησιµοποιείται στους περισσότερους ποµπούς M για συχνότητες από 5 MHz και πάνω. Επειδή στους περισσότερους ταλαντωτές VCO που δε χρησιµοποιούν κρύσταλλο, παρουσιάζουν σχετικά µικρή σταθερότητα στη συχνότητα, λόγω της ευπάθειας τους στη θερµοκρασία, στις µεταβολές της τάσης πόλωσης και στο θόρυβο. Γι αυτό χρησιµοποιούµε το PLL. Αν στο βρόχο του PLL δεν εφαρµόσουµε το σήµα διαµόρφωσης s(t), τότε η τάση σφάλµατος ε(t) απλά σταθεροποιεί τη συχνότητα του VCO στην τιµή: N. Αν εφαρµόσουµε το σήµα διαµόρφωσης s(t), τότε η συχνότητα του VCO υπολογίζεται από τη σχέση: ( t) + k s( t) 7 η : Γνωρίζουµε ότι σήµατα τα οποία έχουν µικρό πλάτος και µεγάλη συχνότητα δίνουν µικρό δείκτη διαµόρφωσης και κατά τη µετάδοση τους προστίθεται θόρυβος ο οποίος είναι ενοχλητικότερος στις υψηλές συχνότητες του ακουστικού σήµατος. Έτσι στη ραδιοφωνία M το σήµα διαµόρφωσης, πριν µπεί στο διαµορφωτή / ταλαντωτή, µπαίνει µέσα από ένα δικτύωµα (υψηλοπερατό φίλτρο) και στη συνέχεια ενισχύονται οι υψηλές συχνότητες του φάσµατος του σήµατος. Η διεργασία αυτή είναι γνωστή ως προέµφαση. α V V 6dB/oct.kHz 3kHz Οι συχνότητες του παραπάνω διαγράµµατος δίνονται από τις σχέσεις:

10 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από 3 και πr C πr C Πολλές φορές η προέµφαση ορίζεται από τη σταθερά χρόνου. Έτσι τ R C 75µ s 3 πr C 3,4, στην ραδιοφωνία M η προέµφαση είναι 75 µs. 8 η : Αποέµφαση ονοµάζουµε τη διεργασία κατά την οποία στο δέκτη το διαµορφωµένο σήµα περνά µέσα από ένα χαµηλοπερατό φίλτρο το οποίο αποκαθιστά το σήµα στην αρχική του µορφή. Τόσο η προέµφαση όσο και η αποέµφαση συνεισφέρουν στο λόγο σήµα προς θόρυβο. 9 η : Φίλτρο προέµφασης στη διαµόρφωση M R C V R V

11 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από 3 ΦΥΛΛΑ ΙΟ 6 ο η : Στερεοφωνική διαµόρφωση ή διαµόρφωση Stereo ονοµάζουµε τη διαµόρφωση συχνότητας ενός φέροντος από δύο ανεξάρτητες πηγές ακουστικού σήµατος. Στην περίπτωση της ραδιοφωνίας οι δύο πηγές είναι το αριστερό και το δεξιό κανάλι ενός στερεοφωνικού ενισχυτή, κλπ. Συµβολίζονται µε α(t) και δ(t) τα δύο ακουστικά σήµατα, δηλαδή αριστερό και το δεξιό. Τα δύο αυτά ακουστικά σήµατα έχουν φασµατική ζώνη από µερικά Hz έως 5kHz. Τα σήµατα αυτά πρέπει να διαµορφωθούν κατάλληλα έτσι ώστε να µπορεί ένας στερεοφωνικός δέκτης M, όσο και ένας µονοφωνικός δέκτης να αποδίδουν µια σύνθεση πληροφορίας το ίδιο αξιόπιστα. η : Ο κωδικοποιητής του στερεοφωνικού σήµατος δίνεται από το σχήµα Σ αυτή γίνεται µίξη των δύο σηµάτων α(t) και δ(t), όπου δηµιουργούνται δύο νέα σήµατα το s (t) και το s (t). Αυτά προκύπτουν, αφού διοχετεύσουµε, τα αρχικά σήµατα σ ένα αθροιστή και ένα αφαιρέτη. Τα δύο νέα σήµατα s (t) και το s (t), έχουν την ίδια φασµατική ζώνη µε τα αρχικά. Το s (t) µε διαµόρφωση DSBsc ενός υποφέροντος συχνότητας 38 Hz µετατοπίζει τη φασµατική του ζώνη και προκύπτει ένα νέο σήµα το s (t). Στην έξοδο του κωδικοποιητή το σήµα που προκύπτει περιέχει και τη συχνότητα των 9 Hz για να χρησιµοποιηθεί στο δέκτη για την αναγέννηση του υποφέροντος των 38 Ηz, που είναι απαραίτητη για τη διαµόρφωση DSBsc.

12 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα από 3 3 η : Ο στερεοφωνικός αποκωδικοποιητής ενός στερεοφωνικού σήµατος δίνεται από το σχήµα. Στον αποκωδικοποιητή το σήµα, µετά τον αποδιαµορφωτή, περνάει: ον µέσω χαµηλοπερατού φίλτρου οπότε παίρνουµε το σήµα το οποίο αναδεικνύεται όταν ο δέκτης είναι µονοφωνικός. ον µέσω δύο φίλτρων ενδιάµεσης ζώνης, όπου στο ένα αναγεννάται η συχνότητα των 9Hz και στο άλλο τις συχνότητες που έχουν προκύψει κατά την DSBsc. Στην συνέχεια µέσω του αποδιαµορφωτή DSB αναγεννάται το δεύτερο κανάλι. Έτσι στην έξοδο του αποκωδικοποιητή έχουµε τα δύο κανάλια που χρησιµοποιούµε στο στερεοφωνικό ενισχυτή. Το εύρος ζώνης µιας στερεοφωνικής εκποµπής M είναι: Β (53kHz + 75kHz)56kHz 4 η : Η διαµόρφωση VSB είναι διαµόρφωση πλάτους µε µερικώς κατασταλµένη την κάτω πλευρική ζώνη. Χρησιµοποιείται στην τηλεόραση για τη διαµόρφωση του φέροντος από το σήµα της εικόνας. Εφαρµόζεται κυρίως στην περίπτωση που το σήµα εκτείνεται από ΜΗz έως µερικά MHz. ηλαδή όπως η περίπτωση του σήµατος VIDO ή του τηλεοπτικού φάσµατος. Με τη διαµόρφωση VSB το διαµορφωµένο φέρον στην εφαρµογή της τηλεόρασης περιορίζεται σε φασµατική ζώνη εύρους περίπου 6 MHz. 5 η : Οι δορυφόροι χρησιµοποιούνται για ζεύξεις µακρινών αποστάσεων. Στο δορυφόρο τοποθετείται αναµεταδότης. Όµως επειδή πρέπει να κάνουµε αξιοποίηση των δορυφόρων, οµαδοποιούµε τα τηλεοπτικά κανάλια, διατηρώντας τη φασµατική τους ανεξερτησία, χρησιµοποιώντας την τεχνική της πολυπλεξίας. Στο δορυφόρο τοποθετείται αναµεταδότης ο οποίος επανεκπέµπει τα σήµατα προς τους δορυφορικούς δέκτες. Σ αυτούς το σήµα υφίσταται µίξη µε το σήµα τοπικού ταλαντωτή υψηλών προδιοαγραφών. Έτσι η συχνότητά του υποβιβάζεται στη ζώνη VHz ή UHz, ώστε να λαµβάνεται από τον τηλεοπτικό δέκτη.

13 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Σελίδα 3 από 3 6 η : Στις δορυφορικές εκποµπές χρησιµοποιείται κωδικοποίηση SCAM, PAL και D-MAC. Η κωδικοποίηση D-MAC είναι ψηφιακή και γενικεύεται η χρήση της. Σ αυτήν ο ήχος µεταδίδεται ψηφιακά, ενώ οι πληροφορίες φωτεινότητας και χρωµικότητα µεταδίδονται µε χρονική πολυπλεξία (TDM).