BÖLÜM 3 AM MODÜLATÖRLERİ

Transkript

1 BÖLÜM 3 M MODÜLTÖRLERİ 3.1 MÇ 1. Genlik Modülasyonun(M) prensibinin anlaşılması. 2. M işaretinin frekans spektrumu ve dalga şeklinin(waveform) anlaşılması. Modülasyon yüzdesinin hesaplanması. 3. MC1496 kullanarak bir genlik modülatörü tasarlanması. 4. Bir genlik modülatör devresinin ayarlanması ve ölçülmesi. 3.2 TEMEL KVRMLRIN İNCELENMESİ Modülasyon, düşük frekanstaki bilgi taşıyan işaretin yüksek frekanstaki taşıyıı işarete bindirme işlemidir. Genlik modülasyonu (M), yüksek frekans taşıyıı işaretin, düşük frekanstaki modüle edileek işaret(genellikle ses işareti) tarafından modüle edilmesi işlemidir. Genlik modülasyonunda, Fig. 3-1 de gösterildiği gibi taşıyıı genlik, modüle edileek işaretin(modulating signal) genliğine göre değişir. Eğer ses işareti m os( 2π f mt), taşıyıı işaret de os( 2π f t) ise genlik modülasyonlu işaret şu şekilde ifade edilebilir : X M [ + os(2πf t) ] os(2πf ) ( t) = t m m = [ 1+ mos(2πf t) ] os(2πf t) m [ 1+ mos(2πf t) ] os(2πf t) = (3-1) m = seviye m =Ses işaret genliği =Taşıyıı işaret genliği f m =Ses frekansı f =Taşıyıı frekans m=modülasyon indeksi ve ya modülasyon derinliği = m / 3-1

2 Modulating signal Carrier signal Emax Emin mplitude-modulated signal Fig. 3-1 Genlik modülasyonu dalga şekilleri(waveforms) Modulating signal : Modüle edileek işaret Carrier Signal : Taşıyıı işaret mplitude-modulated signal : M işareti (3-1) denklemini açarak tekrar yazalım, 1 X M ( f ) = m m π m) 2 { os[ 2π ( f + f ) t] + os[ 2 ( f f t] } + os( 2π f t) (3-2) (3-2) denkleminin sağ tarafındaki ilk terim çift yan band işaretini göstermektedir. İkini terim ise taşıyıı işareti göstermektedir. (3-2) denklemine göre, M modülasyonlu işaretin spektrumunu Fig. 3-2 de gösterildiği gibi çizebiliriz. M iletiminde, taşıyıı frekansı ve genliği daima sabit kalır. Yan bandlar ise frekans ve genlikte sabit olarak değişir. Bu nedenle taşıyıı, taşıyıı işareti değişmediğinden dolayı herhangi bir mesaj yada bilgi taşımaz. Bu, taşıyıı güünün bir M işaretinin iletimi esnasında harandığı anlamına gelmektedir. Bu nedenle, genlik modülasyonun iletim verimi çift yan band bastırılmış taşıyıı modülasyonun(dsb-sc) iletim veriminden daha düşüktür. nak buna karşın genlik demodülatörü daha basittir. 3-2

3 X( f ) ( V ) 0.5m 0.5m f - f m f f + fm f ( Hz ) Fig. 3-2 M işaretinin spektrumu (3-1) denklemindeki m, modülasyon indeksi yada modülasyon derinliği olarak bilinmektedir ve önemli bir parametredir. m, bir yüzdelik ifade olduğu zaman, bu modülasyona genellikle yüzde modülasyonu da denilmektedir. Mod eedileek Isaretin Genligi m m = 100% = 100% (3-3) Seviye Pratik bir devrede değerinin ölçmek zordur bu nedenle modülasyon indeksi şu şekilde hesaplanır : Emax Emin m = 100% (3-4) E + E max min Fig. 3-1 de gösterildiği gibi, + m ve - m dir. Yukarıda bahsedildiği gibi, ses işareti yan bandlar içerir ve bu nedenle yan band işaretleri ne kadar büyük ise iletim verimi de o kadar iyidir. (3-2) denkleminden ayrıa modülasyon indeksi ne kadar büyük ise yan band işaretleri de o kadar büyük ve iletim veriminin de o kadar iyi olaağı çıkarılabilir. Pratikte, modülasyon indeksi 1 den küçük yada 1 e eşittir. Eğer m>1 ise, buna modülasyon fazlası(over modulation) denir. 3-3

4 Tablo 3-1 Farklı giriş frekans koşulları altında farklı dengeli modülatör çıkışları arasında bir karşılaştırma. Taşıyıı Girişi Ses Girişi Dengeli Modülatör Çıkışı Devre Karakteristiği f f 2f Frekans İkiye Çarpıı(Doubler) f f f, f +f m, f -f m M f f f +f m, f -f m DSB-SC şağıdaki deneylerde, MC1496 monolithi balaned modülatör kullanılarak bir M modülatörü gerçekleştirileektir. Farklı giriş işaret frekanslarına göre, MC1496 bir frekans çarpıı olarak, bir M modülatörü olarak yada bir çift yan band bastırılmış taşıyıı(dsb-sc) modülatörü olarak kullanılabilir. Tablo 3-1, farklı giriş işaretleri, çıkış işaretleri ve devre karakteristiklerini toplua göstermektedir. Fig. 3-3, MC1496 nın iç yapısını göstermektedir. Q 5 ve Q 6 fark kuvvetlendiriisi, Q 1 Q 2 ve Q 3 Q 4 fark kuvvetlendiriilerini sürmek için kullanılmaktadır. Sabit akım kaynağı Q 7 ve Q 8, Q 5 ve Q 6 fark kuvvetlendiriisine sabit bir akım sağlamaktadır. MC1496 nın toplam kazanı, 2 ve 3 pinleri arasına dışarıdan bağlanan bir direnç ile kontrol edilebilir. M modülasyonu için, modüle edileek işaret 1 ve 4 pinlerine, taşıyıı işaret ise 8 ve 10 pinlerine uygulanmalıdır. 5. pine sağlanaak besleme akımı, genellikle bu pin ile güç kaynağı arasına bir direnç bağlanarak sağlanır. 3-4

5 Q1 Q2 Q3 Q4 (12) - + (6) Output (10) Carrier - input + (8) (4) - Modulating input + (1) Bias adjust (5) (14) -V Q5 Q6 Q7 Q8 D1 R2 R R (2) (3) Gain adjust Fig. 3-3 MC1496 iç yapısı Fig. 3-4 bir M modülatör devresini göstermektedir. Bu devrede taşıyıı ve ses işaretleri tek hatlı girişlerle(single-ended inputs) devreye girmektedirler. Taşıyıı işareti 10. pine, ses işareti ise 1. pine girmektedir. Tüm devrenin kazanı R 8 direni ile belirlenmektedir. R 9 direni ise besleme akım miktarını belirlemektedir. VR1 reostasının değeri ayarlanarak yada ses işaretinin genliği değiştirilerek modülasyon yüzdesi değiştirilebilir. Carrier input udio input C 1 0.1uF C2 0.1uF R 1K R 1K 3 7 C 3 0.1uF R 8 1K R MC R 10 R K 3.9K C4 0.1uF +12V M output R 1 R 2 R 5 R 6 10K 10K R 9 6.8K VR 1 50K -5V Fig. 3-4 MC1496 kullanılarak genlik modülatörü. 3-5

6 3.3 GEREKLİ EKİPMNLR 1. KL Modülü 2. KL Modülü 3. Osiloskop 4. Spektrum nalizör 5. RF üretei 3.4 DENEYLER VE KYITLR Deney 3-1 Genlik Modülatörü 1. KL modülü üzerine M modülatör devresini yerleştirin. R 8 =1kΩ ve R 9 =6.8kΩ olarak ayarlamak için J1 ve J3 e bağlantı konnektörlerini bağlayınız. 2. Ses girişine(i/p2) 250mVp-p, 1kHz lik sinüs işareti, taşıyıı girişine(i/p1) ise 250mVp-p, 100kHz lik sinüs işareti bağlayınız. 3. Osiloskopun dikey girişini M çıkışına(o/p) bağlayınız. Çıkış dalga şeklini gözlemleyin ve modülasyon indeksi %50 olaak şekilde VR1 reostasını ayarlayın. Sonuçları Tablo 3-2 ye kaydedin. 4. Spektrum analizör kullanarak çıkış işaret spektrumunu gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-2 ye kaydedin. 5. Yukarıdaki sonuçları ve (3-4) denklemini kullanarak çıkış işaretinin modülasyon yüzdesini(perentage modulation) hesaplayın ve Tablo 3-2 ye kaydedin. 6. Osiloskop kullanarak, ses işaret genliği 200mVp-p ve 150mVp-p için çıkış işaretlerini gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-2 ye kaydedin. 7. Dördünü ve beşini adımları tekrar ediniz. 8. Girişe(I/P2) 150mVp-p, 1kHz lik sinüs işareti, taşıyıı girişine(i/p1) ise 100mVp-p, 100kHz lik sinüs işareti bağlayınız. 9. Osiloskop kullanarak, çıkış terminalindeki(o/p) M işaretini gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-3 e kaydediniz. 10. Spektrum analizör kullanarak çıkış işaret spektrumunu gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-3 e kaydedin. 3-6

7 11. Yukarıdaki sonuçları ve (3-4) denklemini kullanarak çıkış işaretinin modülasyon yüzdesini hesaplayın ve sonuçları Tablo 3-3 e kaydedin dan 11 e kadar olan adımları, taşıyıı genlikleri 200mVp-p ve 300mVp-p için tekrarlayın. 13. Ses girişine(i/p2) 150mVp-p, 3kHz lik sinüs işareti, taşıyıı girişine(i/p1) ise 250mVp-p, 100kHz lik sinüs işareti bağlayınız. 14. Osiloskop kullanarak, çıkış terminalindeki(o/p) modüle edilmiş işareti gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-4 e kaydedin. 15. Spektrum analizör kullanarak çıkış işaret spektrumunu gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-4 e kaydedin. 16. Yukarıdaki sonuçları ve (3-4) denklemini kullanarak çıkış işaretinin modülasyon yüzdesini hesaplayın ve sonuçları Tablo 3-4 e kaydedin den 16 ya kadar olan adımları, ses frekansları 2kHz ve 1kHz için tekrarlayın. 18. Ses girişine(i/p2) 150mVp-p, 2kHz lik sinüs işareti, taşıyıı girişine(i/p1) ise 250mVp-p, 500kHz lik sinüs işareti bağlayınız. 19. Osiloskop kullanarak, çıkış terminalindeki(o/p) modüle edilmiş işareti gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-5 e kaydedin. 20. Spektrum analizör kullanarak çıkış işaret spektrumunu gözlemleyin ve sonuçları Tablo 3-5 e kaydedin. 21. Yukarıdaki sonuçları ve (3-4) denklemini kullanarak çıkış işaretinin modülasyon yüzdesini hesaplayın ve sonuçları Tablo 3-5 e kaydedin dan 21 e kadar olan adımları, taşıyıı frekansları 1MHz ve 2MHz için tekrarlayın. 3-7

8 Tablo 3-2 (V =250mVp-p, f = 100kHz, f m =1 khz) Ses İşaret Çıkış Dalga Şekli Genliği Çıkış İşaret Spektrumu Modülasyon Yüzdesi 250 mvp-p 200 mvp-p 150 mvp-p 3-8

9 Tablo 3-3 (V m =150mVp-p, f = 100kHz, f m =1 khz) Taşıyıı İşaret Çıkış Dalga Şekli Genliği Çıkış İşaret Spektrumu Modülasyon Yüzdesi 100 mvp-p 200 mvp-p 300 mvp-p 3-9

10 Tablo 3-4 (V =250mVp-p, V m =150mVp-p, f = 100kHz) Ses İşaret Çıkış İşaret Çıkış Dalga Şekli Frekansı Spektrumu Modülasyon Yüzdesi 3 khz 2 khz 1 khz 3-10

11 Tablo 3-5 (V =250mVp-p, V m =150mVp-p, f m = 2 khz) Taşıyıı Çıkış İşaret İşaret Çıkış Dalga Şekli Spektrumu Frekansı Modülasyon Yüzdesi 500 khz 1 MHz 2 MHz 3.5 SORULR 1. Fig. 3-4 de, eğer R 8 in değerini 1kΩ dan 2kΩ a değiştirirsek, M çıkış işaretinin değişimi ne olur? 2. Fig. 3-4 de, eğer R 9 un değerini 6.8kΩ dan 10kΩ a değiştirirsek, MC1496 nın besleme akım değişimi ne olur? 3. m=%50 ise E max / E min oranını belirleyiniz. 4. VR1 in görevi nedir? 3-11