Операционный усилитель, виды модуляции (1083398), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Процесс преобразования первичногосигнала заключается в изменении одного или нескольких параметровнесущего колебания по закону изменения первичного сигнала (т.е. внаделениинесущегоколебанияпризнакамипервичногосигнала)иназывается модуляцией.Запишем гармоническое колебание, выбранное в качестве несущего, вследующем виде: υ 0 (t )=V cos(ω t +φ ) .Этоколебаниеполностьюхарактеризуетсятремяпараметрами:амплитудой V , частотой ω и начальной фазой φ . Модуляцию можноосуществитьизменениемлюбогоизтрёхпараметровпозаконупередаваемого сигнала.Изменениевовремениамплитудынесущегоколебанияпропорционально первичному сигналу s(t ) , т.е V (t )=V +k АМ s(t ) , гдеk АМ— коэффициент пропорциональности, называетсяамплитудноймодуляцией (АМ).Несущее колебание υ 0 (t ) с модулированной по закону первичногосигнала амплитудойυ (t )=V (t )cos (ω t+φ ) .
Если в качестве первичногосигнала использовать то же гармоническое колебание (но с более низкойчастотой Ω ) s(t)=S cos Ω t , то модулированное колебание запишется в виде(для упрощения взято φ =0 ): V (t )=(V +k АМ S cos Ω t )cos ω t .Вынесем за скобки V и обозначим Δ V =k АМ S и M АМ = Δ V /V . Тогдаυ (t )=V (1+M АМ cos Ω t)cos ω t .Параметр M АМ = Δ V /V называется глубиной амплитудной модуляции.При M АМ =0 модуляции нет и υ (t )=υ 0 (t) , т.е.
получаем немодулированное8несущее колебание. Обычно амплитуда несущего выбирается большеамплитуды первичного сигнала, так что M АМ ≤1 .На рис. 3 показана форма передаваемого сигнала (а), несущегоколебания до модуляции (б) и модулированного по амплитуде несущегоколебания (в).Рис. 3. Передаваемый сигнал (а), несущее колебание (б) и модулированный сигнал (в)Можнополучить,чтоамплитудно-модулированноеколебаниеυ (t )=V cos ω t+(M АМ V / 2)cos (ω +Ω )t+(M АМ V / 2)cos( ω −Ω )t состоит изсуммы трёх гармонических составляющих с частотами ω , ω +Ω и ω −Ω иамплитудами соответственно V , M АМ V / 2 и M АМ V /2 . Таким образом,спектр амплитудно-модулированного колебания (или АМ-колебания) состоитиз частоты несущего колебания и двух боковых частот, симметричныхотносительно несущей, с одинаковыми амплитудами (рис.
4, б). Спектрпервичного сигнала s(t) приведён на рис. 4, а.Если первичный сигнал сложный и его спектр ограничен частотамиΩ min и Ω max (рис. 4, в), то спектр АМ-колебания будет состоять из несущегоколебания и двух боковых полос, симметричных относительно несущей(рис. 4, г).9Анализэнергетическихсоотношенийпоказывает,чтоосновнаямощность АМ-колебания заключена в несущем колебании, которое несодержит полезной информации. Нижняя и верхняя боковые полосы несутодинаковую информацию и имеют более низкую мощность.Рис. 4.
Спектры синусоидального (а) и сложного (в) сигналов имодулированных ими по амплитуде несущих колебаний (б и г)Угловая модуляцияМожно изменять во времени пропорционально первичному сигналуs(t) не амплитуду, а частоту несущего колебания:ω (t )=ω +k ЧМ s(t )=ω +Δ ω cos Ω t ,где k ЧМ — коэффициент пропорциональности; Δ ω / Ω =M ЧМ — индексчастотной модуляции; величина Δ ω =k ЧМ S называется девиацией частоты(фактически это максимальное отклонение частоты модулированного сигналаот частоты несущего колебания).Такой вид модуляции называется частотной модуляцией. На рис.
5показано изменение частоты несущего колебания при частотной модуляции.При изменении фазы несущего колебания получим фазовую модуляциюφ (t )=φ +k ФМ s(t )=φ + Δ φ cos Ω t ,где k ФМ — коэффициент пропорциональности; Δφ =k ФМ S =M ФМ — индексфазовой модуляции.По внешнему виду сигнала υ (t ) трудно различить, какая модуляция10применена — частотная или фазовая. Часто оба эти вида модуляцииназывают угловой модуляцией, а M ЧМ и M ФМ — индексами угловоймодуляции.Рис. 5. Исходный (а) и частотно-модулированный (б) сигналыСпектр модулированной несущей при угловой модуляции даже пргармоническом первичном сигнале s(t ) состоит из бесконечного числадискретных составляющих, образующих нижнюю и верхнюю боковыеполосы спектра, симметричные относительно несущей частоты и имеющиеодинаковые амплитуды (рис.
6).Рис. 6. Спектр частотно-модулированного сигналаВ случае, если первичный сигнал s(t ) имеет форму, отличную отсинусоидальной, и занимает полосу частот от Ω min до Ω max , то спектрмодулированного колебания при угловой модуляции будет иметь ещё болеесложный вид.Иногда отдельно рассматривают модуляцию гармонического несущегоколебания по амплитуде. частоте или фазе дискретными первичнымисигналами s(t) , например телеграфными или передачи данных. На рис.
711показандискретныйпервичныйсигнал(а),несущееколебание,модулированное по амплитуде (б), частоте (в) и фазе (г).Рис. 7. Дискретный сигнал (а) и несущее колебание, модулированноеэтими сигналами по амплитуде (б), частоте (в) и фазе (г)Модуляцию гармонического несущего колебания первичным сигналомs(t) называют непрерывной, так как в качестве переносчика выбраннепрерывный периодический сигнал υ 0 (t ) .Сравнение различных видов непрерывной модуляции позволяетвыявить их особенности.
При амплитудной модуляции ширина спектрамодулированного сигнала, как правило, значительно меньше, чем приугловой модуляции (частотной или фазовой). Таким образом, налицоэкономия частотного спектра: для амплитудно-модулированных сигналовможно отводить при передаче более узкую полосу частот. Это особенноважно при построении многоканальных систем передачи.Импульсная модуляцияЧастовкачествепереносчика12используютпериодическуюпоследовательность сравнительно узких импульсов. Последовательностьпрямоугольных импульсов одного знака υ 0 (t ) характеризуется параметрами(рис. 8): амплитудой импульсов V ; длительностью (шириной) импульсов τ и; частотой следования (тактовой частотой)следованияимпульсов( ω =2 π f Т );f Т =1/T , где T — периодположением(фазой)импульсовотносительно тактовых (отсчётных) точек.
Отношение T / τ и называетсяскважностью импульса.Рис. 8. Периодическая последовательность узких импульсовПо закону передаваемого первичного сигнала можно изменять(модулировать)любойизперечисленныхпараметровимпульснойпоследовательности. При этом модуляция называется импульсной.В зависимости от того, какой параметр модулируется первичнымсигналом s(t ) , различают: амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ),когда по закону передаваемого сигнала (рис. 9, а) изменяется амплитудаимпульсов (рис. 9, б); широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), когдаизменяется ширина импульсов (рис. 9, в); частотно-импульсную модуляцию(ЧИМ) — изменяется частота следования импульсов (рис. 9, г); фазоимпульсную модуляцию (ФИМ) — изменяется фаза импульсов, т.е.
временноеположение относительно тактовых точек (рис. 9, д).Модуляцию ФИМ и ЧИМ объединяют во временно-импульсную (ВИМ).Между ними существует связь, аналогичная связи между фазовой ичастотной модуляциями синусоидального колебания.В качестве примера на рис. 10 показан спектр АИМ-сигнала примодуляции импульсной последовательности сложным первичным сигналом13s(t) с полосой частот от 0 до Ω . Он содержит спектр исходного сигналаs(t) , все гармоники тактовой частоты ω Т (т.е. частоты 2 ω Т , 3 ω Т , 4 ω Т ит.д.) и боковые полосы частот около гармоник тактовой частоты.Рис.
9. Виды импульсной модуляцииРис. 10. Спектр АИМ-сигналаСпектры сигналов ШИМ, ЧИМ и ФИМ имеют ещё более сложный вид.Импульсные последовательности, изображённые на рис. 9, называютсяпоследовательностямивидеоимпульсов.Еслипозволяетсредараспространения, то видеоимпульсы передаются без дополнительныхпреобразований (например, по кабелю). Однако по радиолиниям передатьвидеоимпульсы невозможно. Тогда сигнал подвергают второй ступенипреобразования (модуляции).Модулируяспомощьювидеоимпульсовгармоничноенесущееколебание достаточно высокой частоты, получают радиоимпульсы, которые14способны распространяться в эфире. Полученные в результате сочетанияпервой и второй ступеней модуляции сигналы могут иметь названияАИМ−АМ, ФИМ−АМ, ФИМ−ЧМ и др.Сравнение импульсных видов модуляции показывает, что АИМ имеетменьшую ширину спектра по сравнению с ФИМ и ШИМ.
Однако последниеболее устойчивы к воздействию помех. Для обоснования выбора методамодуляции в системе передачи необходимо сравнить эти методы поразличным критериям: энергетическим затратам на передачу сигнала,помехоустойчивости (способности модулированных сигналов противостоятьвредному воздействию помех), сложности оборудования и др.15Список использованной литературы1. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника (Полныйкурс): Учебник для вузов / Ю.Ф.
Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров;Под ред. О.П. Глудкина. — М.: Горячая линия — Телеком, 2000. —768 с.: ил.2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т.1. Пер. сангл. — 4-е изд. перераб. и доп. — М.: Мир, 1993. — 413 с., ил.3. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах.Том 1 — Современные технологии / Б.И. Крук, В.Н. Попантонопуло,В.П. Шувалов; под ред. профессора В.П. Шувалова. — Изд.
3-е, испр. идоп. — М.: Горячая линия — Телеком, 2003. — 647 с.: ил.16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
