РАБОТА № 2 Амплитудная модуляция и детектирование ам-сигналов

1 Цель работы

Экспериментальное исследование физических процессов при амплитудной модуляции и детектировании АМ – сигналов.

2 Литература

[1] – стр. 72...80, 242...247, 255...257.

[2] – стр. 71...79, 225...226, 231...237.

[3] – стр. 88...96, 283...285, 286...289.

[4] – стр. 79...84, 95...100

5 Конспект лекций.

3 Предварительная подготовка к работе

1. Ознакомиться с лабораторным заданием и изучить по указанной выше литературе следующие вопросы:

• принцип модуляции высокочастотного гармонического колебания несущей и ее использование в радиотехнике и технике связи;

• временное, спектральное и векторное представление АМ-сигнала при однотональной модуляции и модуляции сложным сигналом произвольной формы, ширина спектра АМ-сигнала;

• энергетические характеристики АМ-сигнала, балансная и однополосная амплитудная модуляция;

• принцип работы амплитудного модулятора, статическая модуляционная характеристика, выбор режима работы модулятора по ней для получения неискаженной модуляции;

• принцип детектирования АМ-сигнала, характеристика детектирования, линейное и квадратичное детектирование, искажения при детектировании;

• практические схемы амплитудного модулятора и детектора.

2. Ответить (устно) на вопросы раздела 4 данной работы.

3. Рассчитать методом угла отсечки и построить статическую модуляционную характеристику (СМХ) I_m= f(E_см) модулятора на полевом транзисторе, для которого ВАХ аппроксимирована отрезками прямых с параметрами

Подводимое к транзистору напряжение равно:

U_вх(t) = E_см+ U_m cos ₀t, U_m = 1 В.

! ! ! ПРИ РАСЧЕТЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ВЫБИРАТЬ

УГОЛ ОТСЕЧКИ ОТ 0° ДО 180° С ШАГОМ 30° .

4. Выбрать по рассчитанной СМХ параметры рабочего режима модулятора, обеспечивающего наименьшие искажения АМ-сигнала (E_см, U_m). Оценить ожидаемую величину коэффициента нелинейных искажений, используя метод трех ординат.

5. Нарисовать спектральную и векторную диаграммы AМ-сигнала вида:

U_АМ(t) = 2 [1 + 0,5 cos 2 10³ t] cos 2 10⁵ t.

6. Продумать порядок выполнения работы в лаборатории, подготовить необходимые таблицы и графики для каждого пункта лабораторной работы.

4 Вопросы для самостоятельной подготовки

1. Запишите выражение для амплитудно-модулированого сигнала, назовите все входящие в него параметры для случая модуляции однотональным сигналом.

2. Изобразите временную диаграмму АМ-сигнала при однотональной модуляции, поясните, как по ней определяется коэффициент глубины модуляции.

3. Изобразите спектр АМ-сигнала при однотональной модуляции, поясните, как по ней определяется коэффициент глубины модуляции и ширина спектра.

4. Изобразите принципиальную схему для базовой модуляции. Поясните физические процессы в схеме при модуляции смещением с приведением временных и спектральных диаграмм, иллюстрирующих получение АМ-сигнала.

5. Что такое статическая модуляционная характеристика и ее назначение? Приведите схему для ее снятия.

6. Как выбрать режим работы модулятора по статической модуляционной характеристике модулятора для получения неискаженной модуляции?

7. Отчего зависит величина коэффициента глубины модуляции АМ-ко­лебания?

8. Покажите, какая получается статическая модуляционная характеристика при квадратичной характеристике нелинейного элемента.

9. Поясните порядок расчета статической модуляционной характеристики при работе нелинейного элемента с отсечкой тока.

10. Какую вольтамперную характеристику должен иметь нелинейный элемент для получения неискаженной амплитудной модуляции?

11. Приведите схему двухтактного модулятора.

12. Что такое детектирование и характеристика детектирования амплитудного детектора? Изобразите эту характеристику. Квадратичный и линейный детекторы.

13. Изобразите спектры при детектировании АМ-колебаний:

• напряжения на входе;

• тока через нелинейный элемент;

• напряжения на выходе линейного детектора.

14. Как объяснить возникновение составляющих с частотами F и 2F на выходе квадратичного детектора?

15. Покажите, чему равен коэффициент нелинейных искажений при квадратичном детектировании.

16. Что называется коэффициентом передачи диодного детектора, от чего он зависит и его примерное значение?

17. Нарисуйте схему диодного детектора. Как выбирается величина емкости, шунтирующей сопротивление нагрузки детектора?

18. Изложите содержание лабораторного задания к данной работе.

5 Описание лабораторного макета

Исследование процессов амплитудной модуляции и детектирования АМ-сигнала выполняется, как и в предыдущей работе, на функциональном блоке № 1, приведенном на рисунке 4.

Рисунок 4 – Блок 1

Модулятор выполнен на основе усилительного каскада на полевом транзисторе. Модуляция осуществляется изменением напряжения смещения на затворе транзистора. Для этого модулирующий сигнал с частотой 1 кГц подается на входной сумматор модулятора от внещнего генератора. Нагрузкой усилительного каскада модулятора является параллельный колебательный контур (подключается кнопкой "LC вкл"). Сигнал несущего колебания частотой 13...15 кГц подается на вход сумматора модулятора от другого генератора, точное значение частоты устанавливается равным значению резонансной частоты контура конкретного макета – по обеспечению максимального значения напряжения на контуре. Схема позволяет изменять добротность нагрузочного колебательного контура подключением дополнительного сопротивления Rш (кнопка "Rш") с целью изучения влияния добротности контура на искажения формы и спектра АМ-сигнала. Включение в цепь стока полевого транзистора усилительного каскада активного сопротивления (кнопкой "R вкл") позволяет наблюдать форму и спектр тока в цепи нелинейного элемента модулятора.

В схеме детектора предусмотрена возможность изменения величины емкости фильтра ("Сн вкл") для исследования искажений в детекторе. В цепь нагрузки детектора последовательно включен миллиамперметр стенда для получения характеристики детектирования. Подключение приборов к схеме модулятора для подачи сигналов и наблюдения исследуемых процессов осуществляется с помощью гнезд. Регулятор смещения и вольтметр для измерения его величины расположены на передней панели верхнего блока.