EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11...

11

Click here to load reader

Transcript of EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11...

Page 1: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 1 z 11

DEMODULACJA FM (wkładki DA09C, DPF1)

CEL ĆWICZENIA Przedmiotem ćwiczenia są zagadnienia związane z transmisją sygnałów elektrycznych

przeniesionych poza pasmo macierze za pomocą tzw. modulacji kąta – modulacji częstotliwo-ści oraz fazy. Zostaną przedstawienie przykładowe rozwiązania demodulatorów częstotliwo-ści.

1. OPIS TECHNICZNY BADANYCH UKŁADÓW 1.1. Demodulator częstotliwości (wkładka DA091C)

Wkładka DA091C zawiera licznikowy demodulator częstotliwościowy. Schemat ide-owy wkładki przedstawiano na rys.1, a płytę czołową - na rys.2. Na wyjściach układu badanego można zaobserwować: kształt impulsów generowanych przez przerzutnik monostabilny 74121 (gniazdo oznaczone „pulse output”) oraz efekt całkowania tego ciągu impulsów.

Rys.1. Schemat ideowy wkładki DA091C

1.2. Pętla fazowa jako detektor FM (wkładka DPF1)

Układ z pętlą sprzężenia fazowego można w prosty sposób zastosować jako detektor

FM, czyli demodulator (rys.3). Gdy pętla fazowa jest w stanie synchronizacji z sygnałem zmodulowanym częstotliwościowo (FM), to częstotliwość VCO wynosząca:

SGVCO Ukff += 0 ( 1 )

jest równa wartości chwilowej if częstotliwości sygnału wejściowego, a więc:

SGi Ukff ⋅+= 0 . ( 2 )

Zatem napięcie przestrajające generator wynosi:

Rys.2. Płyta czołowa

wkładki DA091C

Page 2: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 2 z 11

( )G

iS k

ffU 0−

= . ( 3 )

Detektorrazy

FDP

f

A

ASygnał FMUi(t); fi

Generator przestrajanynapięciem

VCO

US(t)

UO(t)CS

fVCO

Rys.3. Pętla fazowa jako demodulator FM

Dla sygnału FM chwilowa wartość częstotliwości wynosi:

( ) tfftf mCi ϖsin⋅∆+= , ( 4 )

przy czym: Cf - jest nośną (sygnału niezmodulowanego),

mϖ - jest pulsacją sygnału modulującego,

f∆ - jest dewiacją częstotliwości. Bazując na poprzednich zależnościach napięcie na wejściu VCO można przedstawić jako:

G

mC

G

iS k

tfff

k

ftftU

ϖsin)()( 00 ⋅∆−−

=−

= , ( 5 )

ostatecznie napięcie przestrajające generator wynosi:

G

iS k

ffU 0−

= . ( 6 )

Ponieważ składowa zmienna napięcia )(tU S jest równa:

G

mS k

tftu

⋅⋅∆=

ϖsin)( , ( 7 )

stanowi zatem dokładne odtworzenie napięcia modulującego nośną w modulatorze częstotli-wości. Należy dodać, że napięcie )(tuS jest linową funkcją chwilowego odstrojenia często-

tliwości od wartości Cf , przez co demodulowany sygnał FM jest bez zniekształceń lub

z bardzo małymi zniekształceniami. Do prawidłowej pracy demodulatora z sygnałem o dużej dewiacji częstotliwości konieczny jest symetryczny wokół częstotliwości Cf oraz pokrywają-

cy przedział ),( 00 ffff ∆+∆− zakres trzymania pętli. Największa wartość napięcia przestra-

jającego generator dana jest zależnością:

)(2max mDS fHAkU

±= π, ( 8 )

przy czym ( )mfH jest transmitancją filtru dolnoprzepustowego dla częstotliwości sygnału

mf .

Dla dBm ff 33⋅> mamy:

( )m

dBm f

ffH 3= , ( 9 )

gdzie dBf3 jest częstotliwością trzydecybelowego załamania charakterystyki filtru dolnoprze-

pustowego. Wówczas

Page 3: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 3 z 11

±≈m

dBDS f

fAkU 3

max 2

π. ( 10 )

Jeżeli pętla jest właściwie zaprojektowana to Cff =0 i otrzymujemy:

( ) ( )2332 zdBLdBDGm fffAfkkff ∆=∆≈≈∆⋅ π

( 11 )

Jeżeli iloczyn częstotliwości modulującej i dewiacji częstotliwości przekracza zakres trzyma-nia pętli to zmiany częstotliwości generatora VCO przestają nadążać za zmianami chwilowej wartości częstotliwości sygnału FM. Ponieważ napięcie wyjściowe detektora przestaje być dokładnym odtworzeniem sygnału modulującego pojawiają się zniekształcenia demodulacji. Są one bardzo duże wówczas gdy sygnał modulujący ma dużą amplitudę (przekłada się to na dużą dewiację) oraz dużą częstotliwość modulującą mf .

1.3. Opis wkładki DPF1

Moduł DPF1 jest zbiorem elementów niezbędnych do kon-strukcji i badania pętli fazowej. Wygląd płyty czołowej przedstawia rys.4, natomiast schemat blokowy rys.5, a pełny schemat ideowy rys.8. Pętlę fazową tworzą: komparator fazy DF1 lub DF2, filtr dolnoprzepustowy RF1, RF2, CF oraz generator przestrajany napięciem VCO. Detektory fazowe oraz VCO są umiesz-czone wewnątrz układu scalonego CD4046. Wyboru detek-tora dokonuje się za pomocą przełącznika SW1, który znaj-duje się na płycie czołowej modułu pod napisem „DETEK-TOR” (odpowiednio DF1 – pozycja 1, DF2 pozycja 2 prze-łącznika). Filtr dolnoprzepustowy może być dwuelemento-wy (elementy RF1 oraz CF), gdy SW3 jest zwarty (pozy-cja 1) lub trzyelementowy (składa się z elementów RF1, RF2, CF), gdy SW3 jest rozwarty (pozycja 2). Przełącznik ten znajduje się na płycie czołowej modułu pod napisem „FILTR”. Rezystory RF1 i RF2 są elementami wymiennymi, których wartość ustala się w części projektowej ćwiczenia. Kondensator CF o wartości 470nF jest wmontowany na stałe (na schemacie ideowym oznaczony jako C3). Do montażu płytki z rezystorem RF1 służą zaciski Z1 oraz Z2, natomiast do mocowania RF2 wykorzystuje się Z3 i Z4 (patrz rys.5).

Na płycie czołowej znajduje się jeszcze jeden prze-łącznik dwupozycyjny oznaczony jako „PLL-VCO” (na schemacie blokowym SW3). Służy on do przełączania sy-gnału wejściowego generatora przestrajanego napięciem. W pozycji VCO jest to sygnał z suwaka potencjometru R15

i pozwala na wyznaczenie zakresu przestrajania generatora. Do regulacji wartości R15 służy pokrętło „REG.F”, natomiast wartość napięcia na wejściu VCO mierzy się woltomierzem podłączonym do gniazda „NAP.STER”. W pozycji PLL na wejście generatora dostarczany jest sygnał z wyjścia filtru dolnoprzepustowego, w tej konfiguracji moduł pracuje jako pętla fazowa.

Generator przestrajany napięciem jest drugim podzespołem pętli fazowej o wartości parametrów ustalanych przez użytkownika pętli. Jako wynik projektowania otrzymuje się wartości elementów RG1, RG3 oraz CG. W przypadku modułu DPF1 projektowanie VCO

DPF1WE 1

WE 2

WY 1

WY 1

PĘTLAFAZOWA

1 2

1 2

PLL VCO

DETEKTOR

FILTR

VCO

REG.F

NAP.STER

Rys.4. Wygląd płyty czołowej

modułu DPF1

Page 4: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 4 z 11

sprowadza się do wyznaczenia RG1 i RG2, gdyż CG jest montowany na stałe (na schemacie ideowym C2) i posiada wartość 1nF. Rezystory RG1 i RG2 montuje się odpowiednio w zaci-skach Z5 i Z6 oraz Z7 i Z8.

SUMATOR

WZM

+1 V/V

DF1

DF2

VCO

WZM

+1 V/V

SW1

Z2

Z1

Z3

Z4

Z5

Z6

Z7

Z8

1

2

VCO

PLLRF1

RF2RG1 RG2

C1

CF

SW3

WE1

WE2

NAP. STER.

WY1

WY2

Uzas

REG.F

Rys.5. Schemat blokowy wkładki DPF1.

Do zasilania układu CD 4046 wykorzystano napięcie o wartości ok. 7V stabilizowane

za pomocą diody Zenera wbudowanej w układ. Na schemacie napięcie to oznaczono jako Uzas i dołączono je do końcówki VDD układu scalonego (końcówek zasilających układy cyfrowe nie oznacza się na schematach ideowych urządzeń zawierających te układy). Na płytce dru-kowanej DPF1 znajdują się jaszcze trzy układu pomocnicze: dwa wtórniki, wykonane z uży-ciem wzmacniaczy operacyjnych U2A oraz U2B, oraz dwuwejściowy sumator sygnałów steru-jących pętlą fazową , wykonany na U1A oraz U1B. Wyjścia wtórników napięciowych połączo-no przez rezystory dopasowujące z gniazdami wyjściowymi modułu. Gniazdo „WY1” jest źródłem wzmocnionego prądowo sygnału z VCO, natomiast do „WY2” doprowadzony został sygnał z wejścia VCO, w położeniu PLL przełącznika SW2 jest to również sygnał wyjściowy filtru dolnoprzepustowego.

Sygnały doprowadzone do wejść „WE1” i „WE2” modułu DPF1 są sumowane z od-wróceniem fazy za pomocą sumatora ze wzmacniaczem U1A, a następnie są odwracane w fazie za pomocą U1B o wzmocnieniu –1V/V. Sygnał z wyjścia tego wzmacniacza doprowa-dzany jest do wejścia SIN bloku detektorów fazowych układu 4046 poprzez dołączone szere-gowo: kondensator C1 separujący składową stałą oraz rezystor R14, ograniczający wartość prądu wejściowego w chwilach zadziałania diod zabezpieczających wejście układu CMOS.

Page 5: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 5 z 11

Cyfrowy układ

sekwencyjny

VDD

VSS

VDD

R

R

SIN

CIN

DF1

DF2

PC1

PC2

Rys.7. Schemat bloku detektorów fazy układu

4046.

DPF1

U3 CD4046C3

RF1

RF2 RG1470nF

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Z6

Z7

Z8

RG2

C1

1nF

Rys.6. Wygląd płytki drukowanej modułu DPF1

Układ 4046 zawiera dwa detektory przesunięcia fazy między sygnałem zewnętrznym

doprowadzonymi do wejść SIN, a sygnałem referencyjnym podanym na wejście CIN, którego źródłem jest najczęściej fala prostokątna wytwarzana przez VCO lub dzielnik częstotliwości włączony między wyjście VCO, a wejście detektora. Między wyprowadzeniem wejściowym, do którego doprowadza się sygnał zewnętrzny, a rzeczywistym wejściem obu detektorów znajduje się wzmacniacz o dużym wzmocnieniu (rys.7). Przetwarza on sygnał o dowolnym kształcie, z wejścia SIN, na falę zbliżoną do prostokątnej, która jest niezbędna do prawidłowej pracy bloku cyfrowego detektora. Punkt pracy wzmacniacza został ustalony w fazie projek-

towania struktury wewnętrznej układu w części charakterystyki przejściowej o największym nachyleniu, czyli na-pięcie między wejściem wzmacniacza a wyprowadzeniem VSS jest równe ok. 0,5(VDD–VSS), co symbolicznie zaznaczono na rys.7 za pomocą rezy-storowego dzielnika napięcia. Zasto-sowanie przed detektorami wejścio-wymi stopnia wzmacniającego deter-minuje sposób dołączania sygnału ze-wnętrznego. Do wejścia SIN należy doprowadzić bezpośrednio jedynie sygnały w standardzie CMOS o napię-ciu zasilania VDD–VSS (w module labo-ratoryjnym VDD–VSS = Uzas = 7V), na-tomiast wszelkie inne sygnały powinny być doprowadzone przez kondensator przepuszczający jedynie składową zmienną tych sygnałów.

Page 6: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 6 z 11

Ucc

WY21

2

C94.7uF

-Vee

R1

51

R1

10k

VDD

C5

100uF

VCO

WE11

2

Rf2

C1

1uF

R13

51Piny zasilania 4046

R1510k

VSS

Uzas

U1A

TL0823

2

84

1

+

-

V+

V-

OUT

Uee

R91k

Z8

Uzas

Z5

R3

10k

NAP.STER.

321

U1B

TL0825

6

84

7

+

-

V+

V-

OUT

U2B

TL0825

6

84

7

+

-

V+

V-

OUT

RG2

L1

10uH

1 2

C8100uF

R2

10k

Z7

R10100

SW13

2

1

C4100uF

Z6

Ucc

C3470nF SW3

32

1

R5

10k

Z1

WY11

2

R4

10k

WE21

2

C6

100uF

Z2

C7

100uF

C10100uF

C11100uF

Z3

+Vcc

SW2

32

1

Ucc

R11100

Rf1C21nF

RG1

R7100

R14

1k

Z4

R6100

Uee

-15 V

U2A

TL0823

2

84

1

+

-

V+

V-

OUTU2

CD4046

3

5

7

6

15

14

1112

9

1

213

4

10

COMP_IN

INH

Cx

Cx

ZENER

SIG_IN

R1R2

VCO_IN

PH_PULSE

COMP1_OUTCOMP2_OUT

VCO_OUT

DEMO

PLL

15 V R81k

L2

10uH1 2

Rys.8. Schemat ideowy modułu DPF1

Page 7: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 7 z 11

Detektor fazowy DF1 jest zwykłą bramką Exclusive-OR. Detektor tego typu pracuje poprawnie, gdy do jego wejścia doprowadza się falę impulsów prostokątnych o współczynniku wypełnienia bliskim lub najlepiej równym 50%. Na wyjściu detektora otrzymuje się falę impulsów prostokątnych o częstotliwości dwukrotnie większej niż często-tliwość sygnałów wejściowych i o wartości średniej proporcjonalnej do przesunięcia czaso-wego ∆t obu fal wejściowych.

USIN

UCIN

UPC1∆t

T

t

t

t

UZAS

UPC1

∆tT

0 10.5

Rys.9. Charakterystyka przejściowa DF1.

Detektor fazowy DF2 jest układem cyfrowym złożonym z czterech przerzutników, układów sterujących ich pracą oraz stopnia wyjściowego wykonanego na tranzystorach kom-plementarnych MOS. DF2 reaguje jedynie na narastające zbocza sygnałów doprowadzonych do jego wejść, toteż współczynnik wypełnienia nie ma żadnego wpływu na wynik porównania faz sygnałów wejściowych. Ma to jednak bardzo poważne konsekwencje praktyczne – detek-tor DF2 jest bardzo wrażliwy na impulsy zakłócające. Używa się go więc tylko wtedy, gdy

sygnał wejściowy oczyszczony jest z szumów i wszelkich zakłóceń. Wyjście detektora musi być obciążone kondensatorem, który magazynu-je ładunek wstrzykiwany przez tranzystory stop-nia końcowego w czasie ich aktywności. Z tego też powodu ten typ detektora nazywany jest de-tektorem z pompą ładunkową. Kolejnym elementem wchodzącym w skład układu scalonego CD4046 jest generator przestrajany napięciem VCO (od ang. Voltage Controlled Oscillator). Elementami ustalającymi zakres generowanych częstotliwości są: konden-sator CG oraz rezystory RG1 i RG2. Wartość po-jemności CG powinna być większa niż 50pF, przy czym najlepszą liniowość przestrajania ge-neratora zasilanego napięciem 7V uzyskuje się

dla CG = 1nF (kondensator o takiej właśnie wartości wmontowano na stałe w model dydak-tyczny). Przez dobór rezystora RG2 (dla danego CG) ustala się najmniejszą częstotliwość fmin zakresu przestrajania generatora, jego wartość można wyznaczyć na podstawie zależności:

( )pFCf

KR

GG 32min

12 +⋅

= (13)

przy czym: K1 = 1.7V dla Uzas = 7V. Wartość RG2 można również wyznaczyć z wykresów noty katalogo-wej układu (patrz. Figure 5 w Dodatku). Ze wzglądu na duży rozrzut technologiczny wartości

Generator

przestrajany

napięciem

VCO

SIN

SIN

VCOOUT

C1A C1B VSS

R1

R2

VDD

RG1 RG2

9

56 7 8

11

12

416

Rys.10. Generator przestrajany napięciem układu CD4046

Page 8: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 8 z 11

parametrów układu CMOS dość często wyznaczona wartość RG2 jest różna od wytwarzanej przez VCO, dlatego należy ją wyznaczyć doświadczalnie. W przypadku znaczącej różnicy między mierzoną i obliczoną fmin należy skorygować wartość rezystora RG2 lub pojemności CG. Podobnie należy postępować przy doborze wartości rezystora RG1. Jest on odpowiedzial-ny za ustalenie największej częstotliwości zakresu przestrajania generatora fmax. Wartość jego rezystancji można obliczyć ze wzoru:

−⋅⋅= 1

min

max221 f

fRKR GG , (14)

przy czym K2 = 1,25 dla napięcia zasilania układu Uzas = 7V. Wartość RG2 można również wyznaczyć z wykresów noty katalogowej układu (patrz. Figure 7 w Dodatku). Zaleca się aby wartość rezystorów RG1 oraz RG2 mieściła się w przedziale 10kΩ ÷ 1MΩ.

Kolejnym niezbędnym elementem pętli fazowej jest filtr dolnoprzepustowy (rys.3). Teoretycznie możliwa jest również praca pętli bez filtru, ale w praktyce nie jest to niewykonalne. Jako filtr stosowany jest zwy-kły dwuelementowy filtr RC o transmitancji jednobiegunowej (filtr całkujący) lub, czę-ściej, trójelementowy filtr o RC o transmi-tancji zawierającej pojedynczy biegun i po-jedyncze zero (filtr proporcjonalno – całku-jący). Od wartości jego parametrów (położe-nie zera oraz bieguna) zależą właściwości całej pętli.

Z danych katalogowych układu CD4046 wynika, że zakres trzymania pętli fazowej

Lf2 , wykonanej z użyciem tego układu, nie zależy od rodzaju zastosowanego detektora fazy i wynosi:

minmax2 fff L −= . (15)

Zakres zaskoku (chwytania) Zf2 pętli zależy od typu komparatora fazy i rodzaju filtru dolno-

przepustowego. Dla DF2 ZL ff 22 = niezależnie od rodzaju filtru. Dla DF1 i filtru RF1,CF do oszacowania zakresu zaskoku można posłużyć się następującą zależnością:

bLZZ f ϖϖπϖ =⋅⋅= 2 , (16)

gdzie: bϖ - pulsacja bieguna filtru dolnoprzepustowego, LL f⋅⋅= πϖ 2 . Dla filtru RF1, RF2, CF

spotyka się w literaturze wzór przybliżony:

0det2

ϖϖϖπϖ b

LZZ Kf ⋅⋅=⋅⋅= , (17)

przy czym: 0ϖ - pulsacja zera filtru dolnoprzepustowego, detK - zależy od typu detektora fa-

zy. Bardzo poważnym problemem przy projektowaniu pętli jest zagwarantowanie jej stabilno-ści. Okazuje się bowiem, że pętla z najprostszym filtrem dolnoprzepustowym może samoist-nie modulować częstotliwościowo sygnał wyjściowy generatora przestrajanego napięciem. W celu poprawy stabilności (pętla z wystarczającym marginesem fazy) wprowadza się zero do jej transmitancji, co w praktyce oznacza użycie filtru proporcjonalno-całkującego.

2. WYKAZ APARATURY POMOCNICZEJ generator GFG - 3015

RF1

CF

RF1

CF

RF2

Filtr 1 Filtr 2

Rys.11. Konfiguracje filtrów pętli fazowej

Page 9: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 9 z 11

generator GFG – 8255A wkładka DPF1 oscyloskop dwukanałowy

3. ZAGADNIENIA WSTĘPNE I PROJEKTOWE 1. Opracować i narysować w protokóle schematy połączeń układów pomiarowych do

wszystkich eksperymentów przeprowadzanych w ćwiczeniu. 2. Obliczyć czas trwania impulsów wyjściowych przerzutnika monostabilnego 74121

(wkładka DA091C). 3. Obliczyć wartości elementów pętli fazowej z filtrem „1” pozwalające na demodulację

sygnału FM o parametrach jak w tabeli 1.

Tabela 1. Numer zespołu

Parametr

Cf [kHz] – nośna sygnału FM f∆ [kHz]-dewiacja sygnału FM

1 20,0 4,0 2 20,0 5,0 3 20,0 6,0 4 21,0 4,5 5 21,0 5,0 6 21,0 6,0 7 22,0 4,5 8 22,0 5,5 9 22,0 6,5

4. Obliczyć zakresy trzymania i zaskoku pętli. 5. Obliczyć wartości elementów pętli fazowej z filtrem „2” pozwalające na demodulację

sygnału FM o parametrach jak w tabeli 1.

6. Obliczyć zakresy trzymania i zaskoku pętli.

Page 10: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 10 z 11

4. OBSERWACJE I POMIARY

4.1. Pomiary charakterystyki demodulatora częstotliwościowego (wkładka DA091C) 1. Zmierz charakterystykę statyczną demodulatora częstotliwościowego, tzn. zależność war-

tości średniej napięcia wyjściowego od częstotliwości sygnału wejściowego. Jednocześnie należy obserwować kształt przebiegów napięć na wyjściach wkładki DA091C. Jako źró-dło sygnału wejściowego zastosować generator fali prostokątnej TTL GFG-3015 (wyjście TTL).

2. Zmierz charakterystykę dynamiczną demodulatora częstotliwości, tzn. zależność maksy-

malnej wartości amplitudy sygnału demodulowanego od dewiacji wejściowego sygnału FM (lub amplitudy sygnału modulującego). Do wytworzenia sygnału zmodulowanego częstotliwościowo należy wykorzystać generator GFG-3015. Pomiarów dokonać dla częstotliwości sygnału modulującego 25Hz, 50Hz i 100Hz. Częstotliwość spoczynkową generatora należy ustawić w środku zakresu liniowej pracy demodulatora.

4.2. Pomiary charakterystyki demodulatora częstotliwościowego z pętlą fazową (wkładka DPF1)

1. Uzupełnij układ generatora brakującymi elementami RG1 i RG2 o wartościach rezystancji

zgodnych z otrzymanymi w części projektowej ćwiczenia i uruchom generator VCO. Za-notuj wartości fmin oraz fmax. Zmieniaj wartości RG1 i RG2, aż otrzymasz najmniejszy błąd między wartością założoną a zmierzoną. Oceń zgodność projektu z doświadczeniem. Zmierz i wykreśl charakterystykę przejściową generatora. Oblicz błąd nieliniowości dla zmiany napięcia strojącego w zakresie 2,5V÷4,5V i porównaj otrzymane wyniki z warto-ścią katalogową. Skomentuj przebieg charakterystyki na krańcach zakresu przestrajania.

2. Wyznacz zakres trzymania i zaskoku zaprojektowanej pętli fazowej (eksperymenty po-

wtórzyć dla pętli z filtrem I oraz II). Należy pamiętać iż pętla fazowa z filtrem całkującym może być i zwykle jest niestabilna!!!

3. Zmierz charakterystykę statyczną demodulatora częstotliwościowego, tzn. zależność war-

tości średniej napięcia wyjściowego od częstotliwości sygnału wejściowego. Jako źródło sygnału wejściowego należy zastosować generator GFG3015. Zmierz najmniejszą wartość sygnału prostokątnego oraz sinusoidalnego niezbędną do poprawnej pracy demodulatora.

4. Zmierzyć charakterystykę dynamiczną demodulatora częstotliwości, tzn. zależność ampli-

tudy sygnału demodulowanego od dewiacji wejściowego sygnału FM (lub amplitudy sy-gnału modulującego). Do wytworzenia sygnału zmodulowanego częstotliwościowo nale-ży wykorzystać generator GFG-3015 oraz GFG-8255A. Pomiarów dokonać dla często-tliwości sygnału modulującego 25Hz, 50Hz i 100Hz. Częstotliwość spoczynkową gene-ratora należy ustawić w środku zakresu liniowej pracy demodulatora. Zaobserwuj relację między częstotliwością i amplitudą sygnału modulującego, a synchronizacją pętli.

Page 11: EMODULACJA FM - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~godek/instr_dFM.pdf · Demodulator FM Strona 6 z 11 Ucc WY2 1 2 C9 4.7uF-Vee R1 51 R1 10k VDD C5 100uF VCO WE1 1 2 Rf2 C1 1uF R13 51

Demodulator FM Strona 11 z 11

6. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW 6.1. Ile wynosi maksymalna wartość napięcia wyjściowego w badanym układzie?

6.2. Wyjaśnić, jak można zwiększyć nachylenie statycznej charakterystyki demodulatora FM. 6.3. Określić maksymalną częstotliwość oraz amplitudę sygnału wejściowego przy której ba-dane układy demodulatorów pracują poprawnie.

7. LITERATURA 1. S. Kuta, G. Krajewski, J. Jasielski, Układy elektroniczne cz. II 2. Skrypt Warszawski 3. M. Niedźwiecki, M. Rasiukiewicz, Nieliniowe elektroniczne układy analogowe 4. A. Filipkowski, Układy elektroniczne analogowe i cyfrowe. 5. S. Soclof, Zastosowania analogowych układów scalonych. 6. W.Hill, P.Horowitz, Sztuka elektroniki tom II