Báo cáo Điều chế và giải điều chế góc (fm và pm)

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM BÀI 2 (Ngày thí nghiệm :13/04/09) ĐIỀU CHẾ VÀ GIẢI ĐIỀU CHẾ GÓC (FM VÀ PM) Nhóm 3 GVHD : Th.S Hoàng Mạnh Hà Thành viên: Quá trình thí nghiệm: 1. Điều chế FM và PM Phần 1: Điều chế tần số (FM) Nhiệm vụ: điều chế tần số tín hiệu sóng mang, đo các thông số của nó, và quan sát các đặc tính của nó. Thực hiện Tín hiệu FM được phát bởi khối mạch VCO-LO. Núm điều chỉnh trên khối mạch VCO-LO dùng để điều chỉnh biên độ ngõ ra. Núm NEGATIVE SUPPLY điều chỉnh tần số ngõ ra VCO-LO Sơ đồ của khối mạch VCO-LO được trình bày trong hình 2-10. Hình 2.10. Trên khối mạch VCO- LO, nối jumper ở vị trí 452 kHz (hình 2-11). Xoay núm chỉnh biên độ một vòng theo chiều kim đồng hồ. Hình 2-11 Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến (FM) OUT trên VCO-LO. Chỉnh kênh 2 đến 200 mV/DIV và TIME/DIV đến 0.5 ms/DIV. Chỉnh voltmeter ở chế độ đo điện áp DC. Kết nối voltmeter DC đến T trên khối mạch VCO-LO. Để thay đổi tần số VCO-LO, chỉnh NEGATIVE SUPPLY đến giá trị –4.0 V DC tại điểm T. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến T. Chỉnh kênh 1 đến 1.0V/DIV và Vertical Mode đến vị trí DC. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 dao động ký để các dạng sóng xuất hiện như trong hình 2-12. Tín hiệu DC ở kênh 1 (tại T - chỉ thị–4.0V) nằm trên vạch chia thứ hai từ đỉnh của màn hình dao động ký. Hình 2.12. Xác định được chu kỳ (T) giữa các đỉnh của tín hiệu sóng mang FM không được điều chế trên kênh 2. T = 2.2 µs. Từ chu kỳ (T), tính toán tần số trung tâm (f) của tín hiệu sóng mang FM không được điều chế. Ghi kết quả theo đơn vị kHz: f = 1/T = 454.545 kHz. Tần số sóng mang FM thay đổi khi các điện áp DC trên kênh 1 thay đổi Đo chính xác chu kỳ (T) giữa các đỉnh của tín hiệu sóng mang FM được điều chế trên kênh 2. T=2.1 ms. Hình 2-13 Từ T, tính toán tần số của tín hiệu sóng mang FM được điều chế. f = 476.190 KHz Tính độ lệch tần số FM khi biên độ của tín hiệu tin tức thay đổi 1V. Df = 476.190 – 454.545 = 21.645KHz Chỉnh tần số sóng mang trở lại giá trị tần số trung tâm Quan sát ảnh hưởng của tín hiệu tin tức 2 Vpk-pk, 5 kHz đối với tần số sóng mang FM. Kết nối SIGNAL GENERATOR đến (M) trên khối mạch VCO-LO, như trong hình 2-13. Chỉnh SIGNAL GENERATOR để tạo một sóng sine 2.0Vpk-pk, 5 kHz tại T. Điều chỉnh này tương đương với thay đổi điện áp tại T là ± 1V. Chỉnh TIME/DIV đến 0.5 ms/DIV, và trigger trên kênh 2. Quan sát trên kênh 2 để thấy tín hiệu FM. Khi biên độ tín hiệu tin tức là –1V, điện áp tại T giảm đến –5V và tần số tăng từ tần số trung tâm đến giá trị sinh viên tính toán được trong bước 12. Khi biên độ tín hiệu tin tức là 1V, tần số sẽ giảm so với tần số trung tâm. Tính toán chỉ số điều chế (MI) cho một tín hiệu FM với độ lệch tần số (fcd) sinh viên xác định ở bước 13 và với một tín hiệu tin tức 5 kHz (fm) (MI = fcd /fm). MI = 21.645KHz / 5KHz = 4.329 Dùng giá trị MI tính toán được ở bước 18, tính số vạch phổ có trong băng thông tín hiệu FM (xem bảng 2-1). Nếu MI không phải là số nguyên, dùng MI cao nhất kế tiếp để tính số lượng các vạch phổ. Số vạch phổ =17 vạch. Với một tín hiệu tin tức 2.0 Vpk-pk, 5 kHz, các cặp phổ biên chiếm khoảng 5 kHz trên mỗi biên của tần số trung tâm. Tính toán băng thông (BW) của tín hiệu tin tức. Ghi kết quả theo đơn vị kilohertz. (BW = 2 (∆f + fm) = 2 (21.645 + 5 ) x 103 = 53.290 KHz Phần 2: Điều chế pha (PM) Nhiệm vụ: Thực hiện điều chế pha một tín hiệu sóng mang, đo sự thay đổi pha, và quan sát các đặc tính của nó. Thực hiện Sơ đồ của khối mạch PHASE MODULATOR được trình bày trong hình 2-14 (b). Hình 2.14(a) .Hình 2-14(b). Hình 2.18 Vặn núm điều chỉnh trên khối mạch VCO-LO để chỉnh biên độ tín hiệu tại C bằng 600mVpk-pk. Chỉnh volmeter ở chế độ đo điện áp DC. Kết nối volmeter DC đến điểm T trên khối mạch VCO-LO. Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY ở góc trên bên trái bộ chân đế để có điện áp -4.5V DC tại T, tức là giá trị tần số tín hiệu tại C khoảng 475 kHz. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến điểm giữa MODULATOR và LIMITER. Chỉnh kênh 2 đến 200 mV/DIV. Để thay đổi tần số VCO-HI, chỉnh núm POSITIVE SUPPLY ở góc trên bên phải của bộ chân đế để tín hiệu ngõ ra MODULATOR (kênh 2) cùng pha với tín hiệu VCO-LO (kênh 1), như trong hình 2-18. Khi quan sát màn hình dao động ký vặn từ từ núm POSITIVE SUPPLY trên bộ chân đế theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ. Thay đổi điện áp POSITIVE SUPPLY tức là thay đổi biên độ tín hiệu tin tức. Khi điện áp POSITIVE SUPPLY thay đổi, quan hệ pha giữa tín hiệu ngõ ra MODULATOR trên kênh 2 với tín hiệu ngõ vào kênh 1 có thay đổi Hình 2-19 Chỉnh điện áp POSITIVE SUPPLY để các tín hiệu trên kênh 1 và kênh 2 cùng pha. Quan sát ảnh hưởng của một tín hiệu tin tức 3Vpk-pk, 5 kHz đối với tần số sóng mang PM. Kết nối SIGNAL GENERATOR đến điểm M trên MODULATOR. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến M, như trong hình 2-19. chỉnh kênh 1 đến 1 V/DIV và TIME/DIV bằng 0.1 ms/DIV. Chỉnh SIGNAL GENERATOR để tạo một sóng sine 3Vpk-pk, 5kHz tại M trên khối MODULATOR. Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến C, và kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến điểm giữa MODULATOR và DETECTOR. Các đầu dò nên ở vị trí X10. Chỉnh kênh 1 và kênh 2 đến 200mV/DIV, và chỉnh TIME/DIV đến 1ms/DIV. Trigger trên kênh 1 và chỉnh VERT MODE ở vị trí ALT. Kênh 1 hiển thị sóng mang không được điều chế, và kênh 2 hiển thị tín hiệu điều chế pha. Các tín hiệu này lệch pha 200 Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ ra LIMITER. So sánh các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của LIMITER. LIMITER làm giảm biên độ của tín hiệu PM 2. Giải điều chế Phần 1: Bộ dịch pha và mạch hạn biên Nhiệm vụ: Quan sát bộ dịch pha làm thay đổi pha của tín hiệu sóng mang FM, và mạch hạn biên làm giảm biên độ của tín hiệu sau khi dịch pha. Thực hiện Hình 2.21. Trên khối mạch VCO-LO, nối jumper ở vị trí 452 kHz (hình 2-21). Kết nối (FM) OUT trên khối mạch VCO-LO đến ngõ vào FM trên khối mạch QUADRATURE DETECTOR. Hình 2-22 Kết nối đầu dò kênh 1 dao động ký đến ngõ vào FM trên khối mạch QUADRATURE DETECTOR. Chỉnh kênh 1 đến 100 mV/DIV và TIME/DIV bằng 1ms/DIV. Với núm điều chỉnh trên VCO-LO, chỉnh tín hiệu sóng mang FM chưa điều chế tại ngõ vào FM đến 300 mVpk-pk. Kéo núm vặn TIME VARIABLE dao động ký ra, và điều chỉnh tín hiệu kênh 1 để cho một chu kỳ (3600) chiếm 8 vạch chia ngang, như trong hình 2-22. Mỗi vạch chia ngang dao động ký bằng 450. Kết nối đầu dò kênh 2 dao động ký đến ngõ ra của PHASE SHIFTER/LIMITER trên khối mạch QUADRATURE DETECTOR. Chỉnh kênh 2 đến 200mV/DIV. Chỉnh tần số FM bằng cách điều chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY ở góc trên bên trái của bộ chân đế cho đến khi tín hiệu trên kênh 2 có biên độ lớn nhất. Nếu cần thiết, chỉnh lại tín hiệu kênh 1 để cho một chu kỳ (3600) chiếm 8 vạch chia ngang. Khi biên độ ngõ ra của PHASE SHIFTER/LIMITER là lớn nhất, tần số trung tâm FM bằng với tần số cộng hưởng mạch LC . Độ lệch pha giữa tín hiệu sóng mang FM chưa điều chế trên kênh 1 và tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER trên kênh 2 : Df = 90° Trong mạch PHASE SHIFTER/LIMITER, mạch LC gây ra dịch pha 900 giữa các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra Chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế một vòng theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ để thay đổi tần số FM. Lệch pha giữa các tín hiệu ngõ ra và ngõ vào tăng và giảm trong khi biên độ luôn luôn giảm: do mạch LC gây ra dịch pha khi tần số FM thay đổi hay do độ dịch pha 900 Nếu một tín hiệu tin tức điều chế sóng mang FM, ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER sẽ thay đổi pha tuỳ theo độ lệch tần số của tín hiệu FM được điều chế Khi quan sát tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER (kênh 2), giảm biên độ của tín hiệu ngõ vào (kênh 1) đến khoảng 100 mVpk-pk và sau đó trở lại đến 300 mVpk-pk bằng cách vặn núm điều chỉnh trên khối mạch VCO-LO theo chiều kim đồng hồ và sau đó theo ngược chiều kim đồng hồ. Khi giảm biên độ tín hiệu ngõ vào đến 100 mVpk-pk, tín hiệu ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER (kênh 2) không trở thành một sóng sine hay bằng phẳng hơn Phần 2: Bộ tách sóng pha và bộ lọc Nhiệm vụ: Khảo sát bộ tách sóng pha và bộ lọc khôi phục tín hiệu tin tức. Thực hiện Kết nối mạch và các đầu dò dao động ký kênh 1 và kênh 2 như hình 2-24. Hình 2.24. Hình 2.25 Điều chỉnh các tín hiệu trên dao động ký kênh 1 và kênh 2, như hình 2-25. TÍN HIỆU KÊNH 1: điều chỉnh 300mVpk-pk. Điều chỉnh dao động ký để một chu kỳ (3600) chiếm 8 vạch chia. TÍN HIỆU KÊNH 2: điều chỉnh núm NEGATIVE SUPPLY trên bộ chân đế để cho dạng sóng trên kênh 2 vuông 900 so với pha của tín hiệu kênh 1. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra PHASE DETECTOR. Tín hiệu ngõ ra của PHASE DETECTOR trên kênh 2 là thành phần tần số hiệu Thành phần tần số hiệu ở ngõ ra của PHASE DETECTOR một điện áp DC Yếu tố nào thay đổi điện áp ngõ ra DC của PHASE DETECTOR (thành phần hiệu) các thay đổi pha Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ vào của PHASE DETECTOR. Nếu cần thiết, chỉnh tần số FM bằng núm vặn NEGATIVE SUPPLY để cho độ lệch pha giữa các tín hiệu ngõ vào trên kênh 1 và 2 là 900 (xem bước 16). Chỉnh voltmeter để đo các điện áp DC. Kết nối dây dẫn của voltmeter đến ngõ ra của PHASE DETECTOR, và kết nối dây chung đến đất. Với sự khác pha 900 giữa các tín hiệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra của PHASE DETECTOR (V900 = 9.12V) Điều chỉnh độ lệch pha giữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 bằng 1350 bằng cách chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY theo ngược chiều kim đồng hồ (hình 6-31(a)). Với độ lệch pha1350 giữa các tín hiệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra của PHASE DETECTOR: V1350 = 9.12 V Hình 2.26(a). Hình 2.26(b). Điều chỉnh độ lệch pha giữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 đến 450 bằng cách chỉnh núm vặn NEGATIVE SUPPLY theo chiều kim đồng hồ (xem hình 2-26(b)). Với độ lệch pha 450 giữa các tín hiệu ngõ vào, đo và ghi điện áp DC tại ngõ ra của PHASE DETECTOR: V450 = 9.12 V Khi độ lệch pha tăng hay giảm từ giá trị 900, điện áp ngõ ra DC không thay đổi không? Điều chỉnh sự khác nhau về pha giữa các tín hiệu trên kênh 1 và 2 trở lại 900 (hình 6-8) bằng cách chỉnh tần số FM với núm NEGATIVE SUPPLY. Điều chế sóng mang FM bởi một tín hiệu tin tức 300 mVpk-pk, 3 kHz. Kết nối SIGNAL GENERATOR đến (M) trên khối mạch VCO-LO (hình 2-27). Hình 2.27. Kết nối đầu dò kênh 1 đến T trên VCO-LO. Đẩy núm TIME VARIABLE trên dao động ký vào, và xoay nó một vòng theo chiều kim đồng hồ. Chỉnh kênh 1 đến 100 mV/DIV, chỉnh TIME/DIV đến 0.1 ms/DIV, và trigger trên kênh 1. Chỉnh SIGNAL GENERATOR để phát một sóng sine 300mVpk-pk, 3 kHz tại điểm T trên VCO-LO (kênh 1). Kết nối đầu dò kênh 1 đến ngõ vào FM của QUADRATURE DETECTOR. Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra PHASE SHIFTER/LIMITER. Chỉnh kênh 1 đến 100mV/DIV, và chỉnh kênh 2 đến 200mV/DIV. Chỉnh TIME/DIV đến 0.5 ms/DIV. Chỉnh VERT MODE ở vị trí ALT, và trigger trên kênh 1. So sánh các tín hiệu tại hai ngõ vào PHASE DETECTOR, pha của tín hiệu FM trên kênh 2 đang thay đổi theo tín hiệu trên kênh 1 Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của PHASE DETECTOR để quan sát tín hiệu tần số tổng. Trên kênh 2 mức DC, tức đường chuẩn zero (điểm giữa) của tín hiệu tần số tổng thay đổi Chỉnh TIME/DIV của dao động ký đến 0.2 ms/DIV. Kết nối đầu dò kênh 1 đến điểm T tại khối mạch VCO-LO để quan sát tín hiệu tin tức. Trigger trên kênh 1. Quan sát các thay đổi DC của tín hiệu ngõ ra PHASE DETECTOR trên kênh 2. So sánh tín hiệu tin tức trên kênh 1 với các thay đổi DC của ngõ ra PHASE DETECTOR trên kênh 2. Các thay đổi DC của ngõ ra PHASE DETECTOR có tần số giống như tín hiệu tin tức Kết nối đầu dò kênh 2 đến ngõ ra của FILTER. Chỉnh kênh 2 đến 50mV/DIV. Quan sát tín hiệu tin tức trên kênh 1 và ngõ ra FILTER trên kênh 2. Thay đổi tần số và biên độ tín hiệu tin tức. Tín hiệu tin tức được khôi phục trên kênh 2 có thay đổi theo biên độ và tần số tín hiệu tin tức trên kênh 1 KẾT LUẬN Điều chế và giải điều chế FM giúp truyền tín hiệu đi xa hơn. Chất lượng âm thanh tốt hơn. Tần số tín hiệu sóng mang chỉ thay đổi tỷ lệ với biên độ tín hiệu tin tức. Tần số của tín hiệu tin tức không ảnh hưởng đến độ lệch tần số của tín hiệu sóng mang nhưng ảnh hưởng đến tốc độ lệch. Bất kỳ các thay đổi ở biên độ của sóng mang FM đều không chứa thông tin của tín hiệu tin tức; chỉ các độ lệch về tần số mới chứa thông tin. Truyền FM có khả năng loại nhiễu ngẫu nhiên tốt hơn truyền AM