Частотная модуляция

Всю схему, используемую в эксперименте, можно представить  блок-схемой, приведенной на рисунке 7.

Далее нам предстоит  отрегулировать перестраиваемый ФНЧ  таким образом, чтобы он выделял  постоянную составляющую на выходе детектора ZCD в ожидаемом диапазоне напряжений входного сигнала.

30.  Установите  на выходе источника отрицательного  напряжения питания уровень -2 В. 

31.  Установите  масштаб по оси времени (Scale) канала B осциллографа 100 мс/дел. 

Примечание: На экране должна появиться синусоида с размахом 430 мВ с небольшим смещением по вертикали. Она представляет собой обработанную путем фильтрации последовательность импульсов с выхода детектора ZCD. 

32.  Плавно  поворачивайте виртуальный регулятор  Cut-off Frequency Adjust (Подстройка частоты среза ФНЧ) модуля Tuneable Low-pass Filter (Перестраиваемый ФНЧ) против часовой стрелки до тех пор, пока наблюдаемая синусоида не превратится в уровень постоянного напряжения. 

Примечание 1: Вы исключили из сигнала все высокочастотные гармоники. При этом фильтр пропускает сигнал сообщения. 

 Примечание 2: Не изменяйте положение виртуального  регулятора Cut-off Frequency Adjust (Подстройка  частоты среза ФНЧ) до завершения  эксперимента, если не последуют  особые указания. 

33.  Попробуйте  изменять напряжение на выходе  источника отрицательного напряжения  регулируемого блока питания  в диапазоне от 0 до -2 В. 

Примечание 1: Сигнал на выходе перестраиваемого ФНЧ должен изменяться в такт с изменением напряжения, поступающего от регулируемого блока питания. 

Примечание 2: Если это не происходит, проверьте, находится  ли переключатель Coupling канала B осциллографа в положении DC

 

Часть C – Исследование принципа действия детектора перехода через ноль ZCD

В этой части  эксперимента предстоит изучить функционирование детектора перехода через ноль.

34.  Измените  подключение осциллографа согласно  схеме, изображенной на рис. 8.

Блок-схема на рисунке 9 отражает изменение подключения  осциллографа. 

35.  Установите  переключатель “Trigger Source” (Источник сигнала запуска) в положение SYNC_OUT (Внешний запуск).

36.  Изменяйте  маленькими шагами напряжение  источника отрицательного напряжения  питания с помощью виртуальных  кнопок со стрелками вверх  и вниз.

Примечание: Это  приведет к небольшим, но заметным изменениям частоты FM сигнала. 

37.  Изменяя  частоту FM сигнала, обратите внимание  на скважность (коэффициент заполнения) выходного сигнала компаратора. 

Совет: Может  оказаться полезным отключить канал A.

Вопрос 1

Изменяется  ли коэффициент заполнения?

Не  изменяется, т.к. одновременно изменяются период и интервал между импульсами.

Вопрос 2

Что можно сказать  о постоянной составляющей сигнала  на выходе компаратора?

Постоянная  составляющая сигнала на выходе компаратора  тоже не изменяется.

38.  Снова  включите канал A.

 39.  Измените подключение осциллографа, как показано на рисунке 10.

Новый вариант  подключения осциллографа отражен  в блок-схеме на рисунке 11.

40.  Cнова изменяйте  маленькими шагами напряжение  источника отрицательного напряжения питания, чтобы пронаблюдать изменение частоты FM сигнала.

41.  Во время  выполнения предыдущего пункта  обратите внимание на то, как  изменяются частоты сигналов  на выходе компаратора и детектора  ZCD.

Совет: Каждый из сигналов полезно наблюдать по отдельности.

42.  Включите  маркеры на экране осциллографа.

43.  С помощью  маркеров измерьте длительность  импульсов на выходе детектора  ZCD, а также интервал между импульсами  при различных значениях постоянного  входного напряжения.

Примечание: Интервал времени между точками, отмеченными маркерами, отображается прямо над результатами измерений Channel A & B и обозначается как dT. 

 Совет: Может  оказаться полезным отключить  канал A.

 Вопрос 3

Какой параметр сигнала на выходе детектора изменяется в зависимости от частоты FM сигнала?

• Не изменяется ни длительность импульсов, ни интервал между импульсами
• Изменяется только длительность импульсов  
• Изменяется только интервал между импульсами
• Изменяется и длительность импульсов, и интервал между импульсами

Вопрос 4

Что можно сказать  о постоянной составляющей сигнала  на выходе компаратора??

При изменении скважности выходного  сигнала детектора изменяется постоянная составляющая этого сигнала.

Последующие действия позволят проверить, правильно ли вы ответили на заданный выше вопрос.

44.  Включите  оба канала осциллографа.

45.  Подключите  их в соответствии с рисунком 12.

Теперь подключение  осциллографа соответствует блок-схеме, показанной на рисунке 13.

46.  Cнова изменяйте  маленькими шагами напряжение источника отрицательного напряжения питания, чтобы пронаблюдать изменение частоты FM сигнала.

47.  Затем  сравните сигналы на выходе  генератора парных импульсов  (ZCD) и перестраиваемого ФНЧ. 

Вопрос 5

Почему постоянная составляющая на выходе перестраиваемого ФНЧ увеличивается с увеличением скважности выходного сигнала ZCD?

Чем больше коэффициент заполнения, тем  больше уровень постоянной составляющей последовательности импульсов на выходе ДПЧН.

Вопрос 6

Какой сигнал вы увидите на выходе перестраиваемого ФНЧ, если в качестве исходного сообщения будет использоваться синусоидальное, а не постоянное напряжение?

Синусоидальное  напряжение той же частоты, что и  частота сигнала сообщения.

 

Часть D – Передача и восстановление гармонического сигнала с использованием частотной модуляции

В отличие от предыдущего эксперимента, в котором  сигналом сообщения был уровень  постоянного напряжения, предстоящий  эксперимент посвящен модуляции, “передаче” и демодуляции гармонического сигнала, выбранного в качестве тестового.

48.  Поверните  регулятор GAIN (Усиление)  модуля Tuneable Low-pass Filter (Перестраиваемый ФНЧ) по  часовой стрелке до упора. 

49.  Внесите  изменения в схему в соответствии  с рисунком 14.

Модифицированная  схема FM модулятора может быть представлена блок-схемой, приведенной на рисунке 15. Обратите внимание на то, что сигнал сообщения берется с выхода 2kHz SINE (синусоидальное напряжение частотой 2 кГц) генератора опорных сигналов Master Signals. 

50.  Установите  следующие параметры осциллографа:

• Scale (Масштаб по напряжению) канала A – 2 В/дел. и канала B – 100 мВ/дел.
• Input Coupling (Связь с источником входного сигнала) – AC (закрытый вход – оба канала)
• Trigger Source (Источник сигнала запуска) – CH A(Канал A)
• Timebase (Масштаб по оси времени) – 200 мкс/дел.

51.  С помощью  клавиши TAB и клавиш со стрелками  плавно вращайте виртуальный  регулятор Cut-off Frequency Adjust (Настройка  частоты среза) против часовой  стрелки для точной настройки  частоты среза ФНЧ 

 Примечание: вы должны  увидеть демодулированный гармонический сигнал сообщения частотой 2 кГц размахом амплитуды 250 мВ.

Вопрос 7

Что говорит выходной сигнал FM модулятора о скважности импульсов  на выходе детектора ZCD?

Скважность импульсов  должна непрерывно изменяться, т.к. непрерывно изменяется напряжение на выходе модулятора.

 

Раздел E – Передача и восстановление речевого сигнала с использованием частотной  модуляции

Далее вам предстоит  модулировать, передавать и демодулировать речевой сигнал.

52.  Отсоедините  проводники от выхода 2kHz SINE  генератора  опорных сигналов MASTER SIGNALS.

53.  Измените схему,  как показано на рисунке 16.

54.  Установите масштаб  по оси времени осциллографа 2 мкс/дел. 

55.  Найдите модуль AMPLIFIER (Усилитель) на программной панели  управления DATEx и поверните виртуальный  регулятор коэффициента усиления GAIN до упора против часовой стрелки.

56.  Не надевая наушники  подключите их к соответствующему  гнезду модуля Amplifier (Усилитель). 

57.  Наденьте наушники.

58.  Отрегулируйте коэффициент  усиления так, чтобы громкость  звука была приемлемой.

59.  Говорите что-нибудь в микрофон, одновременно слушая звуки в наушниках и наблюдая за экраном осциллографа.

60.  Понаблюдав осциллограммы  сигнала, выключите осциллограф  и включите анализатор спектра,  чтобы посмотреть спектр частотно-модулированного  речевого сигнала. Настройте анализатор на частоту 40 кГц и попробуйте посвистеть в микрофон. Вы увидите различие между результатом модуляции сигнала одного тона и более сложного речевого сигнала.