ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΠΟ ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΠΛΑΤΟΥΣ (ΑΜ)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΠΟ ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΠΛΑΤΟΥΣ (ΑΜ)"

Αριστοκλής Καρράς
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΠΟ ΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΠΛΑΤΟΥΣ (ΑΜ) 1. ιαµόρφωση Πλάτους. Στην άσκηση αυτή θα ασχοληθούµε µε τη ιαµόρφωση Πλάτους (Amplitude Modulation) χρησιµοποιώντας τον ολοκληρωµένο διαµορφωτή LM1496. Θα εξετάσουµε τη διαµόρφωση AM όπου υπάρχουν οι δύο πλευρικές ζώνες και η φέρουσα (DSBTC) και τη διαµόρφωση ΑΜ µε κατεσταλµένη φέρουσα (DSBSC). ιαµορφώνον σήµα ιαµορφωτής f c, f c ±f m Σήµα ΑΜ Φέρουσα f c Σχήµα 1. Απλοποιηµένο χονδρικό διάγραµµα διαµορφωτή AM Στο Σχήµα 1δίνεται ένα απλοποιηµένο χονδρικό διάγραµµα του διαµορφωτή AM. Στην έξοδο έχουµε τη φέρουσα και τις δύο πλευρικές ζώνες. Η στάθµη της φέρουσας στην έξοδο µπορεί να ρυθµιστεί από ένα ποτενσιόµετρο του κυκλώµατος (carrier null). Με κατάλληλη ρύθµιση µπορεί να λειτουργήσει και σαν ισοσταθµισµένος διαµορφωτής, οπότε στην έξοδο έχουµε µόνο τις δύο πλευρικές ζώνες. Το πόσο καταστέλλεται η φέρουσα εξαρτάται από το µέγεθός της. Η καταστολή της φέρουσας ορίζεται σαν ο λόγος του µεγέθους της κάθε πλευρικής ζώνης προς το µέγεθος της φέρουσας που υπάρχει στην έξοδο. Σηµείωση: Προτού προχωρήσετε στο πείραµα λάβετε υπόψη σας σοβαρά τις πιο κάτω προφυλάξεις: Εφαρµόστε στο κύκλωµά σας τάσεις DC µε τη σωστή πολικότητα. Τοποθετήστε µε προσοχή τους ακροδέκτες στην πειραµατική πλακέτα ώστε να µη δηµιουργούνται τυχαία βραχυκυκλώµατα. Χρησιµοποιείτε τον παλµογράφο σε συνδεσµολογία DC coupling. Αλλάξτε σε AC coupling µόνο όπου αυτό είναι εντελώς απαραίτητο. 1

Θα εξετάσουµε τη διαµόρφωση AM όπου υπάρχουν οι δύο πλευρικές ζώνες και η φέρουσα (DSBTC) και τη διαµόρφωση ΑΜ µε κατεσταλµένη φέρουσα (DSBSC).

2 Πείραµα. Παραγωγή Σηµάτων ΑΜ. 1. Ρυθµίστε τη γεννήτρια φέροντος σε συχνότητα 500 KHz και πλάτος 200mV pp. Επιβεβαιώστε µε τη βοήθεια του παλµογράφου ότι οι τιµές της συχνότητας και του πλάτους είναι σωστές πριν συνδέσετε το όργανο στην πλακέτα. 2. Εφαρµόστε το σήµα της γεννήτριας στην είσοδο Carrier In της πειραµατικής πλακέτας. Μετά από τη σύνδεση αυτή το πλάτος του σήµατος στον ακροδέκτη εισόδου έχει µεταβληθεί. Ρυθµίστε και πάλι τη γεννήτρια φέροντος ώστε το πλάτος να είναι περίπου 100mV pp. Θα επανέλθετε σε αυτή τη ρύθµιση αργότερα. 3. Ρυθµίστε το ποτενσιόµετρο (Carrier Null) ώστε στην έξοδο ModCarrier να έχετε µέγιστο πλάτος. 4. Ρυθµίστε τη γεννήτρια διαµορφώνοντος σήµατος σε συχνότητα 2 KHz και πλάτος 200 mv pp. Εφαρµόστε το σήµα στην είσοδο Signal In. Επιβεβαιώστε µε τη βοήθεια του παλµογράφου ότι οι τιµές της συχνότητας και του πλάτους είναι σωστές πριν συνδέσετε το όργανο στην πλακέτα. 5. Παρατηρείστε το διαµορφωµένο κατά πλάτος σήµα στην έξοδο ModCarrier (στο πάνω δεξιό µέρος της πλακέτας). Στρέψατε προς τα δεξιά το κουµπί της βάσης χρόνου του παλµογράφου ώστε να µπορείτε να διακρίνετε τις περιόδους του φέροντος. Εάν το φέρον δεν εµφανίζεται ηµιτονοειδές αλλά παραµορφωµένο, τότε ελαττώστε το πλάτος από τη γεννήτρια φέροντος. Για να διευκολυνθείτε αφαιρέστε προσωρινά το διαµορφώνον σήµα. Θα πρέπει να διαπιστώσετε ότι το διαµορφωµένο φέρον δεν έχει DC συνιστώσα. 6. Παρατηρείστε, χρησιµοποιώντας και τα δύο κανάλια του παλµογράφου, τις εξόδους Mod(+) και Mod(-) οι οποίες είναι οι δύο έξοδοι του ολοκληρωµένου κυκλώµατος LM1496. Θα πρέπει να διαπιστώσετε ότι το σήµα έχει DC συνιστώσα, οπότε θα αναγκαστείτε να χρησιµοποιήσετε τον παλµογράφο σε AC coupling για φέρετε το σήµα σας στην οθόνη. Παρατηρείστε επίσης ότι το φέρον στις δύο αυτές εξόδους παρουσιάζει διαφορά φάσης Επαναφέρατε τον παλµογράφο σε DC coupling. Σχήµα 2. Έξοδοι Mod(+) και Mod(-) του ολοκληρωµένου κυκλώµατος LM1496 µε διαφορά φάσης Η βαθµίδα που ακολουθεί και υλοποιείται µε βάση τον τελεστικό ενισχυτή, Σχ. 11, είναι ένας διαφορικός ενισχυτής ο οποίος έχοντας ως εισόδους τα σήµατα Mod(+) και Mod(-) παράγει στην έξοδό του το σήµα ModCarrier το οποίο παρατηρήσατε προηγουµένως. Ο διαφορικός ενισχυτής αφαιρεί τα DC αλλά προσθέτει τα AC σήµατα διότι αυτά είχαν διαφορά φάσης Για το λόγο σήµα στον ακροδέκτη ModCarrier το σήµα έχει διπλάσιο πλάτος. 2

Εφαρµόστε το σήµα της γεννήτριας στην είσοδο Carrier In της πειραµατικής πλακέτας. Μετά από τη σύνδεση αυτή το πλάτος του σήµατος στον ακροδέκτη εισόδου έχει µεταβληθεί.

3 8. Αυξοµειώστε το πλάτος του διαµορφώνοντος σήµατος και παρατηρείστε πως µεταβάλλεται το ποσοστό διαµόρφωσης. Προσέξτε να µην έχετε παραµορφωµένη περιβάλλουσα. 9. Επαναφέρετε το διαµορφώνον σήµα στα 800 mv pp. Ρυθµίστε το ποτενσιόµετρο Carrier Null και παρατηρείστε πως µεταβάλλεται το ποσοστό διαµόρφωσης. Με κατάλληλη ρύθµιση το φέρον καταστέλλεται σχεδόν πλήρως οπότε έχουµε διαµόρφωση AM-DSBSC. Η µορφή του σήµατος το οποίο θα παρατηρήσετε µε τον παλµογράφο είναι όπως στο κατωτέρω σχήµα. Σχήµα 3. Κυµατοµορφή AM-DSBSC (κατεσταλµένο φέρον) στο πεδίο του χρόνου. 10. Αυξήστε τη συχνότητα της διαµορφώνουσας κυµατοµορφής σε τιµή πάνω από 10 KHz. Παρατηρείστε µε το Αναλυτή Φάσµατος (ψηφιακός παλµογράφος σε mode FFT) το φάσµα του σήµατος ΑΜ. Θα πρέπει να παρατηρήσετε τη φέρουσα και δύο πλευρικές ζώνες (γραµµές) σε απόσταση f m από αυτήν. Παρατηρήστε επίσης ότι όταν το φέρον καταστέλλεται όταν οι δύο περιβάλλουσες (βλ. αναλογικό παλµογράφο) εµπλέκονται η µία στην άλλη. Ο λόγος που αυξήθηκε η τιµή της διαµορφώνουσας συχνότητας οφείλεται στην περιορισµένη διακριτική ικανότητα του αναλυτή φάσµατος. AM- DSBTC AM DSB SC Σχήµα 4. Φάσµα (ηµιτονοειδούς) φέροντος διαµορφωµένου από ηµιτονοειδές διαµορφώνον. 3

Με κατάλληλη ρύθµιση το φέρον καταστέλλεται σχεδόν πλήρως οπότε έχουµε διαµόρφωση AM-DSBSC. Η µορφή του σήµατος το οποίο θα παρατηρήσετε µε τον παλµογράφο είναι όπως στο κατωτέρω σχήµα. Σχήµα 3.

4 11. Μεταβάλλετε τη συχνότητα του διαµορφώνοντος (µέχρι 50 KHz) και παρατηρείστε πως αποµακρύνονται ή πλησιάζουν οι δύο πλευρικές ζώνες. f m = 10KHz f m = 20KHz f m = 50KHz Σχήµα 5. Η αύξηση της συχνότητας του διαµορφώνοντος αποµακρύνει τις δύο φασµατικές γραµµές (άνω και κάτω πλευρικές ζώνες). Το φέρον είναι κατεσταλµένο. 2. Αποδιαµόρφωση Πλάτους. Στη συνέχεια της άσκησης θα εξεταστεί η αποδιαµόρφωση πλάτους µε φωρατή περιβάλλουσας. Το κατωτέρω σχήµα δείχνει έναν απλοποιηµένο φωρατή περιβάλλουσας. Σχήµα 6. Απλοποιηµένο κύκλωµα αποδιαµορφωτή πλάτους µε δίοδο. Ο τρόπος λειτουργίας περιγράφεται στο βιβλίο Taub&Schilling στην παράγραφο 3.4. Όταν η τάση του σήµατος εισόδου είναι µεγαλύτερη από την εκάστοτε τάση του πυκνωτή η δίοδος άγει και ο πυκνωτής φορτίζεται µέχρι τη νέα τιµή κορυφής. Όταν η δίοδος είναι ανάστροφα πολωµένη ο πυκνωτής εκφορτίζεται µέσω της αντίστασης µε σταθερά χρόνου RC. Το πλήρες κύκλωµα το οποίο θα χρησιµοποιήσετε στην άσκηση φαίνεται στο κατωτέρω Σχήµα 7 όπως επίσης και στο συνολικό κύκλωµα της άσκησης (Σχ.11). 1N4148 R 1 =4.7KΩ 820pF 470pF R 2 =27KΩ 16KΩ Σχήµα 7. Λεπτοµερές κύκλωµα αποδιαµορφωτή πλάτους µε δίοδο. Στο κύκλωµα αυτό η αντίσταση έχει διαιρεθεί σε δύο µέρη R 1 και R 2 µε σκοπό να δηµιουργηθεί ένα βαθυπερατό φίλτρο το οποίο θα εξοµαλύνει ακόµη περισσότερο τα υπολείµµατα του 4

Στη συνέχεια της άσκησης θα εξεταστεί η αποδιαµόρφωση πλάτους µε φωρατή περιβάλλουσας. Το κατωτέρω σχήµα δείχνει έναν απλοποιηµένο φωρατή περιβάλλουσας. Σχήµα 6.

5 φέροντος. Ο πυκνωτής C 3 αποκόπτει τη DC συνιστώσα ώστε αυτή να µην εµφανίζεται στο φορτίο R 3. Πείραµα. Αποδιαµόρφωση Σηµάτων ΑΜ. 1. Η έξοδος ModCarrier είναι ήδη συνδεδεµένη στην βαθµίδα του αποδιαµορφωτή διόδου. Παρατηρείστε µε τον παλµογράφο την έξοδο Demod1. Θα δείτε ότι εκεί υπάρχει το αποδιαµορφωµένο σήµα, το οποίο µπορείτε να συγκρίνετε µε το διαµορφώνον χρησιµοποιώντας και το άλλο κανάλι του παλµογράφου. Θα παρατηρήσετε ότι στο σηµείο αυτό το σήµα έχει DC συνιστώσα και είναι θολό: αυτό σηµαίνει ότι υπάρχει υπόλειµµα του φέροντος. Σχήµα 8. Άνω ίχνος: το αποδιαµορφωµένο σήµα εµφανίζει σηµαντικό DC και σηµαντικό υπόλειµµα του φέροντος. Κάτω ίχνος: διαµορφώνον σήµα εισόδου. 2. Στο σηµείο Demo2 παρατηρείστε ότι το σήµα και πάλι έχει DC αλλά είναι πιο καθαρό, λόγω του φιλτραρίσµατος της υψηλής συχνότητας του φέροντος. Σχήµα 9. Άνω ίχνος: το αποδιαµορφωµένο σήµα εξακολουθεί να εµφανίζει σηµαντικό DC. Το υπόλειµµα του φέροντος έχει µειωθεί µετά το φίλτρο. Κάτω ίχνος: διαµορφώνον σήµα εισόδου. 3. Στο σηµείο Output το σήµα είναι καθαρό χωρίς DC συνιστώσα και είναι όµοιο µε το διαµορφώνον σήµα. Παρατηρείστε ότι όταν η συχνότητα του διαµορφώνοντος αυξάνει σηµαντικά πάνω από τα 20 KHz η λειτουργία του αποδιαµορφωτή δεν είναι ικανοποιητική. 5

Θα δείτε ότι εκεί υπάρχει το αποδιαµορφωµένο σήµα, το οποίο µπορείτε να συγκρίνετε µε το διαµορφώνον χρησιµοποιώντας και το άλλο κανάλι του παλµογράφου.

6 Σχήµα 10.Η τελική έξοδος είναι σχεδόν όµοια µε την είσοδο. 4. Προσθέτοντας διάφορες τιµές αντιστάσεων της τάξεως των ΚΩ παράλληλα µε τις αντιστάσεις R 1 και R 2 παρατηρείστε και ερµηνεύσατε τη συµπεριφορά του αποδιαµορφωτή. Εξηγήσατε την παραµόρφωση η οποία εµφανίζεται στο αποδιαµορφωµένο σήµα. 6

αντιστάσεις R 1 και R 2 παρατηρείστε και ερµηνεύσατε τη συµπεριφορά του

7 +12V 1k 1k 51Ω 1k +12V Carrier In Signal In LM Κ Mod(-) Mod(+) 3.9Κ - TL V ModCarrier 750Ω 750Ω 51Ω 51Ω 10Κ 25KΩ -12V 1N4148 Demod1 4.7KΩ Demod2 Output 820pF 470pF 27KΩ 16KΩ Σχήµα 11. Κυκλωµατικό διάγραµµα της Εργαστηριακής Άσκησης. 7

9Κ - TL082 + -12V ModCarrier 750Ω 750Ω 51Ω 51Ω 10Κ 25KΩ -12V 1N4148

Σχετικά έγγραφα

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες / Εργαστήριο Εργαστηριακή Άσκηση 4: Πειραματική μελέτη συστημάτων διαμόρφωσης συχνότητας (FΜ) Δρ.