Получение и детектирование частотно-модулированных колебаний. Способы реализации частотных модуляторов и детекторов

Кафедра радиофизики

Отчет о лабораторной работе №12

Частотная модуляция и частотное детектирование

Выполнили:

студенты группы 2091/3

Семенов Е.А.

Каспарович А.А.

Проверил:

Лиокумович Л.Б.

Санкт-Петербург 2005

Цель работы: Расширение знаний о методах получения и детектирования частотно-модулированных колебаний и о способах реализации  частотных модуляторов и детекторов, приобретение навыков их экспериментального исследования.

Пункт№1  Исследование частотного модулятора: снятие статической  модуляционной характеристики.

В ходе эксперимента были получены данные, сведенные в следующую таблицу:

№	F, Гц	E, В
1	1052,5	0
2	1069,5	1
3	1094,6	2
4	1128,5	3
5	1151,3	4
6	1168,0	5
7	1181,4	6
8	1192,2	7
9	1201,0	8
10	1208,7	9
11	1212,9	10
12	1215,5	11

 Зависимость частоты колебаний от напряжения смещения на варикапе

 По графику определены границы линейного участка:  fн=1070 Гц, соответствующая смещению E=1В. И fв=1163 Гц, соответствующая смещению на варикапе  Е=4,5 В.      

Пункт№2  Исследование частотного детектора.

После проведения эксперимента была получена следующая таблица, описывающая зависимость U_дет=F(f)

№	f,Гц	U0, В
1	1008	0,11
2	1039	0,23
3	1054	0,36
4	1060	0,42
5	1075	0,73
6	1088	0,76
7	1101	0,46
8	1120	0,25
9	1150	-0,29
10	1170	-0,55
11	1186	-0,63
12	1095	-0,55
13	1245	-0,32

Её иллюстрирует следующий график: зависимость напряжения на выходе детектора от частоты немодулированного входного напряжения

Характеристика проходит через нуль при частоте сигнала f₀=1135 Гц. Горбы характеристики находятся в точках: Fн=1087 Гц,  Fв=1185 Гц. Соответственно, раствор Fв-Fн=98 Гц. Частота девиации Fд=48 Гц.

Пункт№3 Исследование резонансных кривых двух контуров

В ходе эксперимента получена таблица—зависимость амплитуд напряжений на контурах от частоты сигнала:

f, Гц	U1, В	U2, В
1008	0,22	0,06
1039	0,28	0,06
1054	0,36	0,06
1060	0,4	0,06
1075	0,6	0,09
1088	0,68	0,15
1101	0,52	0,2
1120	0,34	0,27
1150	0,24	0,4
1170	0,22	0,6
1186	0,24	0,68
1195	0,24	0,6
1215	0,22	0,4

Исходя из этой таблицы был построен график:

Так же в результате обработки полученных результатов установлено:

fпересеч=	1129Гц
fлев.рез=	1087Гц
fправ.рез=	1185Гц
Разность	98Гц

Полосы пропускания 1-го и 2-го контуров:

f1н(Гц)=	1065,5
f1(Гц)в=	1105
f2н(Гц)=	1156
f2в(Гц)=	1206

Отсюда добротности контуров имеют следующие значения: Q1=27.5     Q2=23.7.

Пункт№4 Исследование зависимости постоянного напряжения на выходе детектора от постоянного смещения на варикапе.

Была получена следующая зависимость:

Uд, В	Е, В
3,4	0
6	1
7	2
3	2,5
1	2,7
0,2	3
-0,5	3,1
-3,4	4
-6,3	5
-8	6
-8,1	7
-7,7	8
-6,6	9
-6	10
-5,4	11

Её графическое представление:

Зависимость напряжения на выходе детектора от смещения на варикапе.

Пункт№5  Определение расстояния между горбами характеристики при постоянном смещении на варикапе Е₀ 

Полученная осциллограмма находится в Приложении 1

С помощью частотной метки определены частоты, соответствующие двум «горбам » характеристики: Fн=1084 Гц, Fв=1188 Гц. То есть раствор равен 102 Гц, что практически  совпадает со значением этой величины, полученной в Пункте№3.

Пункт№6  Определение по статической модуляционной характеристике максимально  допустимую девиацию частоты, соответствующую модуляции без искажений.

Частота перехода детекторной характеристики через нуль  f₀=1135 Гц. Этой частоте соответствует смещение на варикапе Е₀=3,2 В. По модуляционной характеристике можно определить, что в данном случае частота девиации fд=28 Гц. В Пункте№2

было получено значение fд=48 Гц. Минимальное значение—28 Гц. Следовательно все дальнейшие расчеты проводятся для нее. Из той же модуляционной характеристики, Uf=E-E0=4.5B-3.2B=1.3B.

Пункт№7  Подсчёт индексов модуляции m, ширины спектра частотно- модулированного колебания.

На вход модулятора подавалось модулирующее напряжение с частотой F=1,5 кГц

и амплитудой Uf=1,3В. Осциллограммы входного и выходного сигналов составляют  Приложение 2.

Индекс модуляции m=fд/F=28/1.5e3=0.02<<1 Следовательно, практически вся энергия колебания сосредоточена в диапазоне частот [f0-F;fo+F]. Спектр вследствие этого имеет две боковые частоты: fо-F и fo+F.

Пункт№8 Модулирование сигнала с помощью последовательности прямоугольных импульсов.

Соответствующие осциллограммы входного и выходного сигналов находятся в Приложении 2.

Вывод: Эта работа стала первым знакомством авторов с темой «Модуляция и детектирование сигналов». Возможно, это и явилось причиной того, что исследование и анализ проведены недостаточно глубоко. Однако некоторые факты говорят о том, что измерения и обработка результатов были проведены в целом верно. Так, например, величина раствора характеристик, полученная разными методами практически совпадает. Не совсем понятно значительное отличие частот девиации, полученных в пунктах  2 и 6. Возможно, это объясняется тем, что эксперимент с частотной меткой был проведен не вполне корректно—cлишком велика была погрешность в определении экстремума характеристики с ее помощью(метка была очень нечеткой).

Полученный индекс модуляции говорит о том, что в Пункт№7 имела место узкополосная модуляция.

В целом, полученные знания и навыки позволяют надеяться на более глубокое понимание данной темы в будущем.