Краткие теоретические сведения. Демодуляция сигналов

Демодуляция сигналов

 

Цель работы–изучение принципов демодуляции амплитудномодулированных сигналов

 

Краткие теоретические сведения

 

Операция амплитудного детектирования прямо противоположна амплитудной модуляции. Имея на входе идеального детектора АИ-колебание u_вх (t)=U_mвх(1+М cosΩt), следует получить на выходе низкочастотный сигнал u_вых(t)=U_mвыхcosΩt, пропорциональный передаваемому сообщению. Эффективность работы детекторапринято оценивать коэффициентом детектирования

 

K_дет = U_mвых/(MU_mвх),

Равным отношению амплитуды низкочастотного сигнала на выходе к «размаху» изменения амплитуды высокочастотного сигнала на входе.

Можно осуществить детектирование, подав АМ-сигнал на безинерционный нелинейный элемент и предусмотрев последующую фильтрацию низкочастотных составляющих спектра.

Широко используется диодный детектор, особенно пригодный для работы с сигналами большого уровня. Такой детектор образован полследовательным соединением диода и параллельной RC-цепи, которая выполняет роль частотного фильтра. Паараметры RC- цепи выбирают согласно условиям

1/(ω₀С_н) <<R_н, 1/(ΩС_н).

Это означает, что для сигнала с частотой модуляции Ω нагрузка детектора практически резистивна и ранв R_н, в то же время модуль сопротивления нагрузки, а значит, и коэффициент передачи системы на несщей ω₀ пренебрежимо мал.

Будем считать, что диод имеет кусочно-линейную ВАХ с нулевым напряжением начала:

I(u) = 0 при u<0 и i(u) = Su при u>0.

Для нормальной работы детектора необходимо, чтобы сопротивление резистора нагрузки R_н значительно превышало сопротивление диода в прямом направлении, т.е. чтобы SR_н>>1. При этом получаем формулу для расчета коэффициента детектирования:

]

На рис. 1 приведен пример изменения однотонального амплитудно-модулированного сигнала при детектировании. Параметры представленного сигнала: несущая частота 30 Гц, частота модуляции 3 Гц, коэффициент модуляции М=1.

Как видно на рисунке, при детектировании модулированного сигнала, он становится однополярным, переходит на основную несущую частоту 2w_o и уменьшается по энергии почти в 5 раз. Основная часть энергии (более 4/5) трансформируется в область низких частот и распределяется между постоянной составляющей и выделенной гармоникой сигнала модуляции. Между постоянной составляющей и выделенной гармоникой энергия распределяется в зависимости от значения коэффициента модуляции М. При М=1 энергии равны, при М=0 (в отсутствие сигнала модуляции) вся энергия переходит в энергию постоянной составляющей.

Кроме этих составляющих появляются также 2-я, 3-я и более высокие гармоники детектированного модулированного сигнала. Энергия второй гармоники не превышает 2%, а остальных и вовсе незначительна.

Рис. 1.Однотональный модулированный сигнал и его изменение при детектировании

 

Демодуляторы сигнала выделяют после детектирования только низкочастотный информационный сигнал и подавляют все остальные частоты, включая постоянную составляющую. Очевидно также, что в случае перемодуляции сигнала исходный информационный сигнал будет восстанавливаться с ошибкой.

 

Экспериментальная часть

Задание 1. Собрать схему диодного модулятора. Параметры предварительно рассчитать по заданным частотам Ω и ω₀ (Рис.2).

Задание 2. Изучить форму продетектированного сигнала при разных значениях C_н..Зарисовать эпюру выходного напряжения.

Задание 3. При оптимальной постоянной нагрузки определить коэффициент детектирования.

Рис.2. Схема диодного детектора.