Лабораторная работа № 8 Детектирование

1. Основные понятия

Детектирование является процессом, обратным модуляции. Под модуляцией понимается изменение какого либо параметра высокочастотного сигнала (сигнала несущей частоты) по закону изменения низкочастотного сигнала, который мы называем модулирующим. Модуляция может быть амплитудной, то есть амплитуда несущей частоты изменяется по закону модулирующего сигнала, частотной – частота несущей изменяется соответствующим образом, могут быть и другие виды модуляции.

2. Амплитудная модуляция

Амплитудно-модулированное (АМ) колебание в аналитической форме запишется следующим образом (1):

(1)

Амплитуда несущей частоты изменяется по косинусоидальному закону с частотой ,– глубина модуляции,– несущая частота. Обычно. Графически АМ сигнал можно изобразить следующим образом, рис.1:

Рис. 1

Глубину модуляции можно найти из соотношения (2):

(2)

Определим спектр АМ колебаний (т.е. представим АМ сигнал в виде суммы гармонических составляющих):

(3)

При преобразованиях в (3) использовалось тригонометрическое соотношение

, (4)

Таким образом, спектр АМ сигнала имеет три составляющих - рис.2:

Рис. 2

3.Детектирование ам колебаний

Продетектировать АМ сигнал означает, что необходимо получить составляющую, соответствующую модулирующему сигналу:

, (5)

В спектре АМ сигнала составляющая с частотой отсутствует, поэтому физические процессы при детектировании заключаются в следующем: при помощи элемента с нелинейной вольтамперной характеристикой (например, диода) можно преобразовать спектр АМ сигнала таким образом, чтобы в нем появилась составляющая с частотой, а затем выделить эту составляющую. Покажем, что при помощи схемы, показанной на рис. 3, можно выделить составляющую с частотой.

Рис. 3.

Силу тока через диод в зависимости от входного напряжения в схеме (рис. 3) можно представить в виде полинома второй степени:

, (6)

Тогда пропорциональное току в цепи падение напряжения на нагрузке (выходной сигнал ) будет квадратично зависеть от входного:

, (7)

Здесь ,,,,,– постоянные коэффициенты. Подставляем в (7)в виде (3):

(8)

Выражение при K₂ преобразуем с использованием соотношения (4) и формулы

	(9):
	(10)

Окончательно для получаем:

(11)

Примерный спектр выходного сигнала изображен на рис. 4.

Рис. 4.

Он содержит: постоянную составляющую, низкочастотные составляющие с частотами и, а также 8 высокочастотных составляющих. Выделение из этого спектра полезного сигнала (с частотой) происходит на нагрузке. Для этого ее сопротивление должно определенным образом зависеть от частоты. Если модулирующий сигнал содержит только одну частоту, томожно выполнить в виде системы с узкой полосой пропускания по частоте, например, в виде параллельного колебательного контура, настроенного на частоту. Сопротивление такого контура на резонансной частоте максимально, поэтому на нагрузке выделится только сигнал с частотой. Для остальных составляющих контур представляет малое сопротивление, поэтому колебания других частот на нагрузке почти отсутствуют. Если же модулирующий сигнал содержит 2 частоты:и, причем, то возникает следующая ситуация:

Рис. 5.

В спектре сигнала после детектирования будут присутствовать, наряду с другими, составляющие с частотами ,,,. Чтобы выделить полезный сигнал (частотыи), полоса пропускания нагрузки должна быть достаточно широкой (например, от А до В). При этом на нагрузке неизбежно выделится и мешающий сигнал с частотой, т.е. появятся искажения полезного сигнала. Аналогичная картина будет и при более сложном спектре модулирующего сигнала (речь, музыка и т.д.).

В качестве широкополосной нагрузки можно использовать параллельную RC цепочку (рис. 6). В этой цепочке конденсатор С_н будет отфильтровывать высокочастотные составляющие, т.к. его сопротивление с ростом частоты падает.

Рис. 6.

В случае использования широкополосной нагрузки бороться с паразитным сигналом частотой можно путем уменьшения глубины модуляции(см. формулу (11) – с уменьшениемкоэффициент приуменьшается быстрее, чем при); или подбирая такие режимы работы нелинейного элемента, при которых сигнал с частотойв выходном спектре отсутствовал бы.

Выполнение работы

1. Перед включением тумблера «Сеть» генератора Г4-42 установить остальные его тумблера в положения «ГВЧ» и «Уровень К». Переключатель частоты модуляции перевести в положение «». Установить частоту несущей порядка. Включить тумблер «Сеть». После пятиминутного самопрогрева генератора с помощью ручки «►0◄» установить стрелку измерителя на 0. Перевести тумблер «ГВЧ» в положение «ВКЛ». С помощью ручки «Установка уровня К» установить стрелку измерителя на отметку шкалы «К». Перевести тумблер в положение «М%» и установить глубину модуляции 30%.

2. Соединить амплитудный детектор с осциллографом и гнездом «0,1-1V» генератора. Получить на экране осциллографа и зарисовать осциллограммы входного сигнала детектора, выходных сигналов при отключенном и включенном конденсаторе фильтра.

3. Установить глубину модуляции 90% и зарисовать 3 аналогичные осциллограммы.

4. Сделать вывод о соответствии результатов экспериментов теории.