DENEY NO : 4 DENEY ADI : Taşıyıcısı Bastırılmış Çift Yan Bant ve Tek Yan Bant Genlik Modülatör ve Demodülatörleri DENEYİN AMACI : Taşıyıcısı bastırılmış çift yan bant ve tek yan bant modüleli işaretlerin nasıl üretildiğinin öğrenilmesi, Taşıyıcısı bastırılmış çift yan bant ve tek yan bant dengeli modülatörlerin nasıl ayarlanılacağı ve test edileceğinin öğrenilmesi, Çarpım dedektörü kullanarak DSB-SC ve SSB işaretlerinin demodülasyonu, Haberleşmede alıcılarda çarpım dedektörünün nasıl kullanıldığının öğrenilmesi DENEY HAKKINDA TEORİK BİLGİLER: Bu bölümdeki devre çalışma prensipleri daha önce bahsedilen Deney 2 dekiler ile aynıdır. Şekil 4-1 devresi taşıyıcısı bastırılmış çift yan bant modülatörü (DSB-SC) göstermektedir. Balans devresi, balans modda çalışan LM1496 yı kontrol etmek için kullanılan VR1 reostasından oluşmaktadır. VR1 i uygun bir şekilde ayarlayarak, modülatörün balans modda çalışması garantilenir. Kısaca, DSB-SC ve AM modüleli işaretler arasındaki ana fark DSB-SC modüleli işaretin taşıyıcı içermemesidir. Taşıyıcı içermediğini göstermek için öncelikle LM1496 nın ses girişini toprağa bağlayıp, VR1 i değiştirerek LM1496 çıkışında taşıyıcı işaret olmadığından emin olalım. Eğer bu sağlandıysa daha sonra LM1496 nın girişine tekrar bir ses işareti bağlayarak, LM1496 nın çıkışında DSB-SC modüleli işaretin alt ve üst yan band işaretlerden oluştuğu ve taşıyıcı içermediği görülebilir. Taşıyıcının bastırılmasını etkileyen taşıyıcı gerilim seviyesi çok önemli bir faktördür. Eğer taşıyıcı seviyesi çok düşük ise taşıyıcı kuvvetlendirilmesinin tam olarak başlaması için bu seviye yeterli olmayacaktır. Tam tersi olarak taşıyıcı seviyesi çok yüksek ise taşıyıcı kaçakları oluşacaktır (feedthrough). Genel olarak, taşıyıcı frekansı 500kHz olduğu zaman optimum giriş aralığı aşağı yukarı 0.2Vpp ile 0.8Vpp arasındadır. AM, DSB-SC ya da tek yan bant (SSB) modüleli işaretleri belirlemek için Şekil 4-2 a da gösterilen tipik bir ses spektrumu varsayalım. Ses spektrumunda, fmh en yüksek frekansı, fml de en düşük frekansı göstermektedir. Eğer, sinüs taşıyıcısının genliğini modüle etmek için bu ses işaretini kullanırsak, Şekil 4-2b de gösterilen AM spektrumunu elde ederiz. AM spektrumu, aşağıda listelenen üç bileşenden oluşmaktadır: 1. Taşıyıcı frekansı fc 2. Üst yan bant üst frekansı (fc + fmh) 3. Alt yan bant üst frekansı (fc - fml) 1
HABERLEŞME TEKNİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ Şekil 4-1 DSB-SC Modülatör devresi Genlik modülasyonlu işaret bu iki yan bandı içerdiğinden dolayı, bazen bu modülasyon tipine çift yan bant genlik modülasyonu (AM) da denilmektedir. Taşıyıcısı bastırılmış çift yan bant modülasyonunda, taşıyıcı işaret dengeli (balanced) modülatör tarafından bastırılır yada kaldırılır. Dolayısıyla modüleli işaret Şekil 4-2c de gösterildiği gibi herhangi bir taşıyıcı içermez. Modüle edilen işaretler iletildikleri zaman her iki yan bandında aynı ses işaretini içerdiğine dikkat edelim. Alıcılar, demodülasyon teknikleri ile her iki yan bant işaretinden ses işaretini tekrar elde edebilirler. Bu, iletim işleminde iki yan banttan sadece bir tanesinin yeterli olabileceği anlamına gelmektedir. Bu nedenle Şekil 4-2d de gösterilen genlik modülasyonuna tek yan bant modülasyonu denilir. LM1496 nın ses giriş işaretinin (1 ve 4 pinleri) Amcos(2лfmt), taşıyıcı giriş işaretinin de (8 ve 10 pinleri) Accos(2лfct) olduğunu varsayalım. 6. pindeki çıkış işareti şu şekilde olacaktır: (1) k, modülatör kazancıdır. (fc + fm) ve (fc -fm), üst yan bant ve alt yan bant modüle edilmiş işaretlerdir. 2
Şekil 4-1 de, Q1 ve Q2 den oluşan kaynak çıkışlı (source follower) MOS transistörler yüksek giriş empedansları ve düşük çıkış empedanslarından dolayı tampon görevi (buffer) görmektedirler. C1, C2, C4, C5 ve C8 kapasiteleri DC işaretler için blokaj, AC işaretler için ise kısa devre görevi görmektedirler. R11 direnci, dengeli modülatörün kazancını ayarlamak içindir. R12 direnci ise besleme akımını ayarlamak içindir. R1, R2, R13 ve R14 dirençleri çalışma koşullarına göre DC kutuplamayı sağlamaktadırlar. R5 ve R10 dirençleri otomatik kazanç kontrolü (AGC) içindir. C3, C6 ve C7 kapasiteleri istenmeyen gürültüyü bypass etmek için kullanılırlar. VR1, dengeleme (balancing) sağlamak için, optimum çalışma noktası için, distorsiyonu minimize etmek için ve çıkış işaretinin çeşidini (yani AM yada DSB-SC olup olmadığını) belirlemek için gereklidir. Şekil 4-2a Ses işaretinin spektrumu Şekil 4-2b AM işaretinin spektrumu 3
HABERLEŞME TEKNİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ Şekil 4-2c DSB-SC işaretinin spektrumu Şekil 4-2d SSB işaretinin spektrumu DSB-SC den SSB modüleli bir işaret elde etmek için genellikle, yan bantlardan bir tanesi alçak geçiren yada yüksek geçiren bir filtre ile filtrelenir. Yan bant spektrumları birbirlerine çok yakın oldukları için birinci yada ikinci dereceden bir alçak geçiren yada yüksek geçiren filtre ile DSB-SC çıkışından tek yan bant elde etmek zordur. Bu problem için en güzel çözüm seramik yada kristal filtrelerin kullanılmasıdır. Örnek olarak, Şekil 4-3 deki deneme devresinde çıkışta üst yan bandı elde etmek için FFD455 seramik band geçiren filtre kullanılmıştır. 4
Şekil 4-3 SSB modülatör devresi Şekil 4-4, MC1496 nın iç yapısını göstermektedir. Q5 ve Q6 fark kuvvetlendiricisi, Q1-Q2 ve Q3-Q4 fark kuvvetlendiricilerini sürmek için kullanılırlar. Q7 ve Q8 sabit akım kaynağı, Q5 ve Q6 fark kuvvetlendiricisine sabit akım sağlar. MC1496 nın toplam kazancı 2. ve 3. pinler arasına dışarıdan yerleştirilen bir direnç ile ayarlanabilir. DSB-SC yada SSB demodülasyonu için, DSB-SC yada SSB işareti 1. ve 4. pinlere uygulanmalıdır. Taşıyıcı işaret de 8. ve 10. pinlere uygulanır. 5. pine sağlanan besleme akımı, bu pin ile güç kaynağı arasına bağlanan bir seri direnç ile sağlanır. Detektör iki çıkışa(6. ve 12. pinler) sahip olduğundan dolayı, çıkışlardan bir tanesi detektör çıkışı olarak diğeri de otomatik kazanç kontrolü (AGC) için kullanılır. Q 1 Q 2 Q 3 Q4 (6) (10) - + (8) (4) - Q 5 Q 6 + (2) (1) Q 7 (5) (14) D 1 R 1 500 R 2 500 Q 8 R 3 500 (3) Şekil 4-4 LM1496 iç devresi 5
HABERLEŞME TEKNİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ Fig. 4-5, DSB-SC yada SSB demodülasyonu için MC1496 kullanılarak gerçekleştirilen çarpım detektör devresini göstermektedir. Bazı uygun modifikasyonlar ile bu devre AM, FM, yada PWM demodülatörü olarak da kullanılabilir. Lokal taşıyıcı girişlere (10. ve 8. pinlere) uygulanır. Taşıyıcının frekansı tam olarak DSB-SC yada SSB taşıyıcı frekansına eşit olmalıdır. Modüle edilen işaretin genliği tipik olarak 500mVpp ile 800mVpp aralığında olduğundan dolayı, bu, detektörün lineer bölgede çalıştığından emin olmak için yeterlidir. 2. ve 3. pinler arasına bağlı olan R5 direnci MC1496 nın gerilim kazancını belirler. Şekil 4-5 DSB-SC ve SSB işaretleri için çarpım detektörü Laboratuardaki işaret üreteçleri deneyde ihtiyaç duyduğumuz DSB-SC ve SSB işaretlerini üretemediklerinden dolayı, deneylerimiz için Fig. 4-1 deki DSB-SC modülatör çıkışı ve Fig. 4-3 deki SSB modülatör çıkışını kullanacağız. SSB modüleli işaret DSB-SC modüleli işaretten alt yan band ya da üst yan bandlardan birinin filtrelenmesi ile elde edilir. Eğer filtre doğrudan eklenirse, yük direnci (load) etkisi oluşabilir. Bu etkiyi ortadan kaldırmak için, Fig. 4-1 devresindeki kaynak çıkışlı yapının (source follower-buffer), filtre çıkışı ile çarpım detektörü girişi arasına bağlanması önerilir. LM1496 nın girişine (1. ve 4. pinler) bağlanan SSB modüleli işareti düşünelim. SSB modüleli işareti aşağıdaki gibi ifade edebiliriz: 8. ve 10. pinler arasındaki giriş işareti de şu şekildedir: Bu nedenle de LM1496 nın 12. pinindeki çıkış işareti şu şekilde olacaktır: 6
Çıkış işareti C7, C9 ve R9 elemanlarından oluşan alçak geçiren filtreden geçtiği zaman, yüksek frekans bileşenleri süzülecek ve demodüle edilmiş çıkış işareti şu şekilde olacaktır: Yukarıdaki denklemden, LM1496 nın SSB modüleli işaretten 2 ( c ) / 4 ka kadarlık bir kazanç farkı ile Amcos wmt ses işaretini demodüle edebildiği görülmektedir. Demodülatörün kazancını değiştirmek için, taşıyıcı genliğini yada R5 direncini (k değeri) değiştirebiliriz. DSB-SC modüleli işaretin LM1496 nın giriş terminallerine (1. ve 4. pinler) uygulandığını düşünelim. Böyle bir işaret şu şekilde ifade edilebilir: Böylelikle, LM1496 nın 12. pinindeki çıkış işareti şu şekilde olacaktır: Yüksek frekanslar, yukarıdaki denklemin sağ tarafındaki birinci ve ikinci terimler alçak geçiren filtre(c7, C9 ve R9) ile süzülür. Demodüle edilen çıkış işareti daha sonra şu şekilde olur: 7
HABERLEŞME TEKNİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ Deney 4-1 DSB-SC Modülatörü Deneyin Yapılışı: 1. DSB-SC modülatör devresini KL-93003 modülü üzerine yerleştirin. R11=270Ω ve R12=6.8kΩ olarak ayarlamak için bağlantı konnektörlerini J1 ve J3 e bağlayın. 2. Kaynak çıkışlı (source follower) devrelerin her birini uygun kutuplanıp kutuplanmadığını belirlemek için kontrol edin. Osiloskopun dikey girişini AC ye ayarlayın ve kaynak çıkışı ile giriş işaretlerini gözlemleyin. Her iki işaretin de aynı olduğundan emin olun. Sadece çıkış genliği giriş genliğinden bir miktar daha az olacaktır. Eğer bu şekilde ise, J5 ve J6 ya bağlantı konnektörlerini bağlayın. 3. VR1 i orta noktasına ayarlayın. 4. Ses girişini(i/p2) toprağa bağlayın. Taşıyıcı girişine(i/p1) 500mVp-p, 500kHz lik sinüs işaret bağlayın. Çıkış işaret seviyesi sıfır yada çok düşük olacak şekilde VR1 i dikkatlice ayarlayın. 5. Ses girişine 300mVp-p, 1kHz sinüs işaret bağlayın. Taşıyıcı genliğini 300mVp-p olarak değiştirin. 6. Osiloskop kullanarak Tablo 4-1 de listelenen dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 7. Ses genliğini 600mVp-p olarak değiştirin. Osiloskop kullanarak Tablo 4-2 de listelenen dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 8. Taşıyıcı genliğini 600mVp-p olarak değiştirin. Osiloskop kullanarak Tablo 4-3 de listelenen dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 9. R11=270Ω ve R15=330Ω olarak değiştirmek için J1 deki bağlantı konnektörünü sökün ve J3 e bağlayın. Ses genliğini 600mVp-p ve frekansı 1kHz olarak değiştirin. Taşıyıcı genliğini 600mVp-p ve frekansı 500kHz olarak değiştirin. VR1 konumunu aynı tutun. Osiloskop kullanarak Tablo 4-4 de listelenen dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 10. R12=6.8kΩ ve R16=10kΩ olarak değiştirmek için J3 deki bağlantı konnektörünü sökün ve J4 e bağlayın. Osiloskop kullanarak Tablo 4-5 da listelenen dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. Deney 4-2 SSB Modülatörü 1. SSB modülatör devresini KL-93003 modülü üzerine yerleştirin. Seramik filtreleri bypass etmek için bağlantı konnektörünü J2 ye bağlayın. 2. Kaynak çıkışlı (source follower) devrelerin her birini uygun kutuplanıp 8
kutuplanmadığını belirlemek için kontrol edin. Osiloskopun dikey girişini AC ye ayarlayın ve kaynak çıkışı ile giriş işaretlerini gözlemleyin. Her iki işaretin de aynı olduğundan emin olun. Sadece çıkış genliği giriş genliğinden bir miktar daha az olacaktır. Eğer bu şekilde ise, J3 ve J4 e bağlantı konnektörlerini bağlayın. 3. VR1 i orta noktasına ayarlayın. 4. Ses girişini (I/P2) toprağa bağlayın. Taşıyıcı girişine (I/P1) 500mVp-p, 457kHz lik sinüs işaret bağlayın. Çıkış işaret seviyesi sıfır ya da çok düşük olacak şekilde VR1 i dikkatlice ayarlayın. Daha sonra J2 den bağlantı konnektörünü çıkartıp J1 e bağlayın. 5. Ses girişine 300mVp-p, 2kHz sinüs işaret bağlayın. Taşıyıcı genliğini 300mVp-p olarak değiştirin. 6. Osiloskop kullanarak Tablo 4-6 de listelenen dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 7. Ses genliğini 600mVp-p olarak değiştirin. Osiloskop kullanarak Tablo 4-7 de listelenen dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 8. Taşıyıcı genliğini 600mVp-p olarak değiştirin. Osiloskop kullanarak Tablo 4-8 de listelenen dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. 9. Ses genliğini 300mVp-p ve frekansı 1kHz olarak değiştirin. Taşıyıcı genliğini 300mVp-p olarak değiştirin. Osiloskop kullanarak Tablo 4-9 da listelenen dalga şekillerini ölçün ve kaydedin. Tablo 4.1 9
HABERLEŞME TEKNİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ Tablo 4.2 Tablo 4.3 10
Tablo 4.4 Tablo 4.5 11
HABERLEŞME TEKNİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ Tablo 4.6 Tablo 4.7 12
Tablo 4.8 Tablo 4.9 13
HABERLEŞME TEKNİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ Deney 4-2 DSB-SC Çarpım Detektörü 1. Bu deneyde, çarpım detektör devresinin DSB-SC girişi olarak, DSB-SC modülatör devresinin DSB-SC çıkışı kullanılmaktadır. Öncelikle, DSB-SC devresini tamamlayın. 2. DSB-SC modülatörünün taşıyıcı girişine 500mVp-p, 500kHz lik sinüs işaret, ses girişine de 500mVp-p, 1kHz lik sinüs işaret bağlayın. (Taşıyıcı ve ses işaretleri devrelere bağlanmadan önce tek tek ayarlanmalıdır. Eğer devreye bağlandıktan sonra, test esnasında ayarlamaya kalkarsanız yüklemeden kaynaklanan problemlerle karşılaşırsınız.) 3. Çıkışta DSB-SC modüleli işaret elde etmek için DSB-SC modülatörünün VR 1 reostasını ayarlayın. 4. DSB-SC ve SSB çarpım detektör devresini KL-93003 modülü üzerine yerleştirin. R 5=270Ω ve R 6=10kΩ olarak ayarlamak için bağlantı konnektörlerini J1 ve J3 e bağlayın. 5. Çarpım detektörünün taşıyıcı girişine 2. adımda kullanılan taşıyıcı işareti bağlayın. DSB-SC modülatörünün modülasyon çıkışını çarpım detektörünün DSB-SC girişine bağlayın. 6. Osiloskop kullanarak çıkış işaretini gözlemleyin ve minimum distorsiyon elde etmek için çarpım detektörünün VR 1 değerini ayarlayın. Sonuçları Tablo 1 e kaydedin. 7. Taşıyıcı işaretini 500mVp-p, 500kHz sinüs işareti ve ses işaretini de 500mVp-p, 3kHz sinüs işareti olarak değiştirin. Çıkışta DSB-SC modüleli işaret elde etmek için VR 1 i dikkatlice ayarlayın. 8. 6. adımı tekrarlayın. Sonuçları Tablo 2 ye kaydedin. 9. R 5=270Ω ve R 10=330Ω olarak ayarlamak için J1 den bağlantı konnektörünü sökün ve J2 ye bağlayın. 6. adımı tekrarlayın ve sonuçları Tablo 3 e kaydedin. 10. R 6=10kΩ ve R 11=30kΩ olarak ayarlamak için J3 den bağlantı konnektörünü sökün ve J4 e bağlayın. 6. adımı tekrarlayın ve sonuçları Tablo 4 e kaydedin. 14
Deney 4-3 SSB Çarpım Detektörü 1. Bu deneyde, çarpım detektör devresinin SSB girişi olarak, SSB modülatör devresinin SSB çıkışı kullanılmaktadır. Öncelikle, SSB devresini tamamlayın. 2. Seramik filtreyi bypass etmek için J2 ye bağlantı portu ekleyin. Taşıyıcı girişine(i/p1) 500mVp-p, 457kHz lik sinüs işaret, ses girişine de(i/p2) 500mVp-p, 2kHz lik sinüs işaret bağlayın. (Taşıyıcı ve ses işaretleri devrelere bağlanmadan önce tek tek ayarlanmalıdır. Eğer devreye bağlandıktan sonra, test esnasında ayarlamaya kalkarsanız yüklemeden kaynaklanan problemlerle karşılaşırsınız.) 3. Çıkışta(O/P) DSB-SC modüleli işaret elde etmek için VR 1 reostasını ayarlayın. J2 den bağlantı konnektörünü kaldırın ve seramik filtreyi devreye sokmak için J1 e bağlayın. Çıkış işareti SSB modüleli işaret olacaktır. 4. R 5=270Ω ve R 6=10kΩ olarak ayarlamak için çarpım detektörünün bağlantı konnektörlerini J1 ve J3 ye bağlayın. 5. Çarpım detektörünün taşıyıcı girişine (I/P1) 2. adımda kullanılan taşıyıcı işareti bağlayın. SSB modülatörünün modülasyon çıkışını çarpım detektörünün SSB girişine (I/P2) bağlayın. 6. Osiloskop kullanarak demodüle edilmiş çıkış işaretini (O/P) gözlemleyin ve minimum distorsiyon elde etmek için çarpım detektörünün VR 1 and VR 2 değerini ayarlayın. Sonuçları Tablo 5 e kaydedin. 7. SSB modülatörünün seramik filtresini bypass etmek için J1 den bağlantı konnektörünü kaldırın ve J2 ye bağlayın. Taşıyıcı işaretini 700mVp-p, 457kHz sinüs işareti ve ses işaretini de 700mVp-p, 2kHz sinüs işareti olarak değiştirin. Çıkışta DSB-SC modüleli işaret elde etmek için VR 1 i dikkatlice ayarlayın. 8. 6. adımı tekrarlayın. Sonuçları Tablo 6 ya kaydedin. 9. R 5=270Ω ve R 10=330Ω olarak ayarlamak için J1 den bağlantı konnektörünü kaldırın ve J2 ye bağlayın. 6. adımı tekrarlayın ve sonuçları Tablo 7 ye kaydedin. 10. R 6=10kΩ ve R 11=30kΩ olarak ayarlamak için J3 den bağlantı konnektörünü kaldırın ve J4 e bağlayın. 6. adımı tekrarlayın ve sonuçları Tablo 8 e kaydedin. 15
HABERLEŞME TEKNİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ 16
17
HABERLEŞME TEKNİĞİ LABORATUVARI DENEY FÖYÜ 18
19