Модуляция и демодуляция электрических сигналов

Модуляцией называется процесс отображения информационного сигнала в одном из параметров другого колебания, которое используется в качестве переносчика информации. При этом информационный сигнал называют модулирующим, а переносчик информации называется несущим.

Если перемножаемые сигналы имеют существенно различные частоты (один представляет собой высокочастотную несущую с частотой ω, а другой низкочастотное колебание, имеющее частоту Ω), то в результате умножения появится амплитудно-модулированный сигнал

U_АМ =U_m (1+m_АМcos Ωt)cosω₀t,

где U_m – амплитуда модулирующего сигнала,

ω₀ =2πf₀ – угловая частота.

Устройство, выполняющее эту операцию, называют амплитудным модулятором или просто модулятором.

С ростом амплитуды модулирующего колебания, растет и размах модулированного колебания. Если определить максимальный размах модулированного колебания как А, а минимальный размах как В, то коэффициент амплитудной модуляции можно выразить через эти два значения, пользуясь формулой:

m_AM =(А –В)/(А + В)*100%.

При m_AM = 100 % возникает перемодуляция, в результате которой сигнал переискажается. При отсутствии модуляции m_AM = 0.

При частотной модуляции частота получает приращение на ∆ω, обусловленное низкочастотным сигналом. Частотномодулированное колебание можно представить в виде:

U_ЧМ(t)=U_m cos(ω₀t+m_ЧМ sinΩt),

где m_ЧМ = ω_д /Ω₀ – индекс частотной модуляции, который показывает максимальное отклонение фазы колебания при частотной модуляции;

ω_д = К_ЧМU_mΩ – девиация частоты, т.е. максимальное отклонение частоты при частотной модуляции (К_ЧМ – коэффициент частотной модуляции, U_mΩ – амплитуда низкочастотного сигнала).

Частотно- и фазомодулированные колебания при модуляции гармоническим сигналом практически неотличимы.

Демодуляция (детектирование) является процессом, обратным модуляции, т. е. при демодуляции из модулированного колебания извлекают информативный сигнал.

3.5. Генерация электрических сигналов

Электронным генератором сигналов называется устройство, посредством которого энергия сторонних источников питания преобразуется в электрические колебания требуемой формы, частоты и мощности.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема генератора

Обобщенная структурная схема генератора с внешней обратной связью приведена на рис. 2. Она содержит усилитель с коэффициентом усиления К, частотно-избирательную цепь положительной обратной связи с коэффициентом β и цепь отрицательной обратной связи с коэффициентом m. При включении питания в схеме возникают колебания, обусловленные нестационарными процессами – зарядом емкостей и индуктивностей, переходными процессами в транзисторах или ОУ. Эти колебания поступают на вход усилителя в виде сигнала U_вх и, пройдя усилитель, появляются на его выходе в виде сигнала U_вых =U_вхК. С выхода усилителя колебания через цепь положительной обратной связи вновь поступают на вход усилителя, поэтому

U_вых=U_вхβ

или

U_вых =U_вх(1 – Кβ),

где К – комплексное значение коэффициента усиления,

β – передача цепи обратной связи.

Отсюда следует, что напряжение на входе и на выходе усилителя может иметь конечное значение только при выполнении условия:

Кβ = 1,

где произведение Кβ называется петлевым усилением усилителя с обратной связью.

Условие возникновения колебаний распадается на два условия, которые принято называть условиями баланса амплитуд и фаз:

Первое из условий означает, что в стационарном режиме полное петлевое усиление на рабочей частоте генератора должно быть равно единице, т.е. модуль коэффициента усиления усилителя должен быть равен модулю обратной величины коэффициента передачи звена положительной обратной связи | К | = | β^-1 |.

Если коэффициент усиления усилителя | К |<| β^-1 |, то колебания в схеме генератора будут затухающими, и наоборот, при | К | > | β^-1 | колебания будут нарастающими.

Условие баланса фаз означает, что полный фазовый сдвиг в замкнутом контуре генератора должен быть равен , где n – любое целое число. Условие баланса фаз позволяет определить частоту генерируемых колебаний. Если условие баланса фаз выполняется только на одной частоте, то при выполнении условия баланса амплитуд колебания будут гармоническими. Если условие баланса фаз выполняется для ряда частот, то колебания будут негармоническими.

Содержание и порядок выполнение курсового проекта

1. Получить вариант задания у преподавателя.

2. Теоретическая часть.

В теоретической части курсового проекта сделать расчет исследуемого устройства.

3. Практическая часть.

В практической части произвести моделирование и анализ электронного устройства в пакете Multisim.

а) Построить принципиальную электрическую схему согласно заданию.

б) Получить входные и выходные характеристики цепи.

в) Сделать выводы по графикам.

г) Получить частотные и логарифмические частотные характеристики цепи (если они информативны).

д) Сделать выводы о правильности работы исследуемого устройства.

4. Исследовательская часть.

В исследовательской части произвести анализ средств, повышающих качество работы схемы, подкрепленный необходимыми расчетами и графиками.

5. Сделать выводы о проделанной работе и возможности применения рассмотренного устройства в радиоэлектронной аппаратуре.