Лабораторная работа: Модуляция и детектирование электромагнитных колебаний

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 Jm0 – 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 Jm0 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 ΔJm 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 (ΔF ≈ 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 Lг и конденсатора Сг. 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. Резистор R3 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. Наблюдение формы и частоты колебаний.

Подключите вход осциллографа к клеммам генератора В и О при отсутствии напряжения на трансформаторе Тр2 (ползунок реостата R3 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 R3 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 D1, благодаря чему ток в ней существует только в течении одного полупериода напряжения. Ток имеет импульсную форму и содержит в себе постоянную составляющую Jпост, переменную составляющую высокой частоты Jвыс и переменную составляющую низкой (звуковой) частоты Jниз.

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