Модуляция и детектирование кратко
Обновлено: 04.07.2024
С момента изобретения радио Поповым прошло некоторое время, когда люди захотели вместо телеграфных сигналов, состоящих из коротких и длинных сигналов, передавать речь и музыку. Так была изобретена радиотелефонная связь. Рассмотрим основные принципы работы такой связи. При радиотелефонной связи колебания давления воздуха в звуковой волне превращаются с помощью микрофона в электрические колебания той же формы. Казалось бы, если эти колебания усилить и подать в антенну, то можно будет передавать на расстояние речь и музыку с помощью электромагнитных волн. Однако в действительности такой способ передачи неосуществим. Дело в том, что колебания новой частоты представляют собой сравнительно медленные колебания, а электромагнитные волны низкой (звуковой) частоты почти совсем не излучаются. Для преодоления этого препятствия были разработаны модуляция и детектирование, рассмотрим их подробней.
Модуляция
Для осуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной. Незатухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает генератор, например генератор на транзисторе. Для передачи звука эти высокочастотные колебания изменяют, или как говорят, модулируют, с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты. Можно, например, изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотных колебаний. Этот способ называют амплитудной модуляцией. Без модуляции мы в лучшем случае можем контролировать, работает станция или молчит. Без модуляции нет ни телеграфной, ни телефонной, ни телевизионной передачи. Амплитудная модуляция высокочастотных колебаний достигается специальным воздействием на генератор незатухающих колебаний.
В частности, модуляцию можно осуществить, изменяя на колебательном контуре напряжение, создаваемое источником. Чем больше напряжение на контуре генератора, тем больше энергии поступает за период от источника в контур. Это приводит к увеличению амплитуды колебаний в контуре. При уменьшении напряжения энергия, поступающая в контур, также уменьшается. Поэтому уменьшается и амплитуда колебаний в контуре. В самом простом устройстве для осуществления амплитудной модуляции включают последовательно с источником постоянного напряжения дополнительный источник переменного напряжения низкой частоты.
Этим источником может быть, например, вторичная обмотка трансформатора, если по его первичной обмотке протекает ток звуковой частоты. В результате амплитуда колебаний в колебательном контуре генератора будет изменяться в такт с изменениями напряжения на транзисторе. Это и означает, что высокочастотные колебания модулируются по амплитуде низкочастотным сигналом. Кроме амплитудной модуляции, в некоторых случаях применяют частотную модуляцию — изменение частоты колебаний в соответствии с управляющим сигналом. Ее преимуществом является большая устойчивость по отношению к помехам.
Детектирование
В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания. Такой процесс преобразования сигнала называют детектированием. Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук. Принятый приемником модулированный высокочастотный сигнал даже после усиления не способен непосредственно вызвать колебания мембраны телефона или рупора громкоговорителя со звуковой частотой. Он может вызвать только высокочастотные колебания, не воспринимаемые нашим ухом. Поэтому в приемнике необходимо сначала из высокочастотных модулированных колебаний выделить сигнал звуковой частоты. Термин детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с односторонней проводимостью - детектор. Таким элементом может быть электронная лампа (вакуумный диод) или полупроводниковый диод.
Рассмотрим работу полупроводникового детектора. Пусть этот прибор включен в цепь последовательно с источником модулированных колебаний и нагрузкой. Ток в цепи будет течь преимущественно в одном направлении. В цепи будет течь пульсирующий ток. Этот пульсирующий ток сглаживается с помощью фильтра. Простейший фильтр представляет собой конденсатор, присоединенный к нагрузке. Фильтр работает так. В те моменты времени, когда диод пропускает ток, часть его проходит через нагрузку, а другая часть ответвляется в конденсатор, заряжая его. Разветвление тока уменьшает пульсации тока, проходящего через нагрузку. Зато в промежутке между импульсами, когда диод заперт, конденсатор частично разряжается через нагрузку. Поэтому в интервале между импульсами ток через нагрузку течет в ту же сторону. Каждый новый импульс подзаряжает конденсатор. В результате этого через нагрузку течет ток звуковой частоты, форма колебаний которого почти точно воспроизводит форму низкочастотного сигнала на передающей станции.
Модуляция. Для осуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной. Незатухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает генератор, например генератор на транзисторе.
Для передачи звука эти высокочастотные колебания изменяют, или, как говорят, модулируют , с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты. Можно, например, изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотных колебаний. Этот способ называют амплитудной модуляцией.
а) график колебаний высокой частоты, которую называют несущей частотой;
б) график колебаний звуковой частоты, т. е. модулирующих колебаний;
в) график модулированных по амплитуде колебаний.
Без модуляции мы в лучшем случае можем контролировать лишь, работает станция или молчит. Без модуляции нет ни телефонной, ни телевизионной передачи.
Модуляция — медленный процесс. Это такие изменения в высокочастотной колебательной системе, при которых она успевает совершить очень много высокочастотных колебаний, прежде чем их амплитуда изменится заметным образом.
Детектирование. В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания. Такой процесс преобразования сигнала называют детектированием.
Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук.
Амплитудная модуляция высокочастотных колебаний требует применения специальных устройств. Чтобы создать этот эффект, придётся обеспечить воздействие высокочастотных затухающих колебаний на генератор. Для этого в цепь генератора включают вторичную обмотку трансформатора так, как это показано на рисунке ниже.
Если подать на первичную обмотку переменное напряжение звуковой частоты, то амплитуда колебаний силы тока будет изменяться аналогично переменам напряжения на транзисторе. Важно отметить, что эти колебания будут сконцентрированы в колебательном контуре генератора. Проще говоря, высокочастотные колебания будут меняться по амплитуде за счёт низкочастотного сигнала.
Существует специальное устройство, которое помогает визуализировать временную развёртку модулированных колебаний. Этот прибор называется осциллографом.
Как уже упоминалось ранее, помимо амплитудной модуляции используют и частотную модуляцию. Такой вид модуляции даже предпочтительнее из-за устойчивости к помехам.
Что такое детектирование
Приёмник может принять только модулированный высокочастотный сигнал, который провоцирует в нём идентичные колебания. Чтобы услышать такой сигнал, необходимо преобразовать высокочастотные колебания, то есть провести процедуру детектирования.
Процесс детектирования осуществляется прибором, который содержит элемент односторонней проводимости, т.е. детектор. Для этих целей часто используют полупроводниковый диод.
Теперь соберём установку на основе полупроводникового детектора. Последовательно с источником модулированных колебаний включим прибор в цепь. Подсоединим нагрузку.
Заметим, что направление тока будет одинаковым на всех участках. Это объясняется тем, что сопротивление диода по прямой траектории намного меньше, чем в обратном. Опустим факт существования двусторонней проводимости. Вольт-амперная характеристика диода выглядит как ломаная линия, которую можно визуально разделить на два отрезка.
Отметим, что ток в такой цепи будет непостоянным, т.е. он будет пульсирующим. Изменение силы тока можно представить в виде синусоидальных положительных волн.
Чтобы сгладить эту пульсацию, необходимо воспользоваться фильтром, который представляет собой конденсатор, прикреплённый к нагрузке.
Зачем нужен фильтр в детектировании
Зачем это нужно? Когда мы подаём ток на диод, то одна его часть проходит через нагрузку, а другая отдаляется в полость конденсатора, тем самым заряжая его. Такое разветвление тока уменьшает пульсации тока, которые пересекают нагрузку.
В то же время, когда через диод ток не проходит, конденсатор разряжается через сопротивление. Именно поэтому в промежутке между импульсами ток движется в одном направлении, который указан на рисунке стрелкой.
Каждый импульс – это своеобразный толчок, который влияет на заряд конденсатора. Благодаря совокупности импульсов через нагрузку проходит ток звуковой частоты, форма колебаний которого совпадает с низкочастотным сигналом на первичном устройстве.
Фильтр нужен для того, чтобы сглаживать высокочастотные импульсы для получения более плавной картины колебаний.
Простейший радиоприёмник: что это?
Простейший радиоприёмник представляет собой колебательный контур, который состоит из антенны, детектора, конденсатора и приёмника. Сначала в колебательном контуре генерируются модулированные колебания посредством радиоволны. Роль детектора выполняет полупроводниковый диод, который улавливает сигнал со всеми помехами. Для смягчения этих помех используется фильтр, который сглаживает пульсации. Далее через сопротивление сигнал поступает в динамик.
Если внимательно рассмотреть вышеприведённую схему детекторного радиоприёмника, то возникнет логичный вопрос: а откуда приёмник берёт энергию? Ответ прост: из этих же электромагнитных волн! То есть детекторный радиоприёмник не требует дополнительных источников питания.
Но что делать, если установку мы собрали, но звука так и не услышали? Скорее всего, дело в длине антенны. Если она слишком короткая, то и приёмный сигнал будет невелик. Точнее, энергия этого сигнала.
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Модуляция и детектирование. Презентация на заданную тему содержит 20 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Модуляция – это процесс изменения единственного или двух и более параметров сигнала (звуковой и других волн) в мгновенном значении какого-либо информационного сигнала.
Что такое модуляция в радиотехнике: это процесс, позволяющий переносить сигнал в область более низких или более высоких частот с определенной целью.
При помощи модуляции можно достичь следующих целей: сделать сигнал более устойчивым к помехам соизмерить параметры линии и параметры сигнала передавать сигналы на более дальние расстояния создавать системы передачи, которые содержат в себе несколько каналов
Модуляция в музыке В музыке – при исполнении различных музыкальных произведений и во время пения также используется модуляция. Она состоит в переходе из одной тональности в другую (понижение, повышение).
Причем модуляция может быть как между ближайшими, так и между более дальними тональностями. Последнее выполняется посредством использования общего аккорда в данных тональностях.
Детектирование Детектирование - преобразование электрических колебаний, в результате которого получаются колебания более низкой частоты или постоянный ток. (Процесс детектирования в приемнике: процесс выделения сигналов звуковой частоты из высокочастотных модулированных колебаний.)
Детектирование осуществляется устройством, содержащим элемент с односторонней проводимостью – детектор. (полупроводниковый диод)
Принцип работы: Полупроводниковый детектор (диод) включен в цепь последовательно с источником модулированных колебаний и нагрузкой.
Работа фильтра: В моменты времени, когда диод пропускает ток, часть его проходит через нагрузку, а другая часть отвлетвляется в конденсатор, заряжая его. (сплошные стрелки) Разветвление тока уменьшает пульсации тока, проходящего через нагрузку. В промежутке между импульсами, когда диод заперт, конденсатор частично разряжается через нагрузку.
В интервале между импульсами ток через нагрузку идет в ту же сторону (пунктирные линии) Конденсатор подзаряжается с каждым новым импульсом. Через нагрузку идет ток звуковой частоты, форма колебаний которого точно воспроизводит форму низкочастотного сигнала на передающей станции.
Вольтамперная характеристика диода - зависимость силы тока I от напряжения U может быть кусочно-линейной, и квадратичной.
Для сигнала малой амплитуды характеристика диода квадратична: I = I0 + AU(t) + BU2(t) (I0 - начальная сила тока, А и В - коэффициенты)
Для сигнала большой амплитуды характеристику можно считать кусочно-линейной: I = SU(t) (S - коэффициент) при U(t) > 0 и I = 0 при U(t)
Существует также синхронное детектирование, при котором принимаемый высокочастотный сигнал смешивается с немодулированным колебанием той же частоты от генератора. В этом случае на разностной частоте формируется непосредственно низкочастотный сигнал.
Дете́кторный приёмник — самый простой, базовый, вид радиоприёмника. Не имеет усилительных элементов и не нуждается в источнике электропитания — использует исключительно энергию принимаемого радиосигнала.
Состоит из колебательного контура, к которому подключены антенна и заземление, и диодного детектора, выполняющего демодуляцию амплитудно-модулированного сигнала. Сигнал звуковой частоты с выхода детектора, как правило, воспроизводится высокоомными наушниками.
Образовательная: рассмотреть принцип передачи электромагнитных волн на расстояние. Методы и приемы радиосвязи.
Развивающая: продолжить развитие умения анализировать, сопоставлять, сравнивать, выделять главное, устанавливать причинно-следственные связи; приводить примеры, формировать умения работы с литературой, картами, таблицами, схемами и т.д.
Воспитательная: Показать роль эксперимента в торжестве теории. Расширить кругозор учащихся.
Ход урока.
I. Орг момент.
II. Повторение ранее изученного материала.
III. Изучение нового материала.
Работы Герца в области электромагнитных волн имели основополагающее значение для дальнейшего развития в этой области физики. Его опыты были многократно повторены, усовершенствованы и в конечном итоге привели к изобретению радио и телевидения.
Изобретение радио А.С.Поповым.
Изучение свойств электромагнитных волн, теоретически предсказанных М. Фарадеем и Д. Максвеллом и практически доказанных Г. Герцем, приводило к мысли о возможности их использования для организации беспроволочной связи. Несколько исследователей попытались решить эту задачу. Добились успеха наш соотечественник А.С. Попов итальянец Г. Маркони.
7 мая 1895г. А. С. Попов впервые продемонстрировал работу своего "прибора для обнаружения и регистрирования электрических колебаний" на заседании Русского физико-химического общества в ходе обстоятельного доклада.
Прибор откликался на посылки волн от "герцевского вибратора", возбуждаемого катушкой Румкорфа, на расстоянии 25 метров. Это была демонстрация первого в мире радиоприёмника, открывшего эру радио.
Приемник А.С. Попова.
А.С. Попов использовал удачный индикатор электромагнитных волн, основанный на использовании металлических опилок. Свойство металлических порошков менять свои электрические свойства под действием электромагнитных волн было использовано в приборе, который назывался когерер: в стеклянную трубочку насыпаны мелкие опилки и сделаны металлические выводы из нее.
Приемник А.С. Попова выглядел так…
Первая в мире смысловая радиограмма, осуществленная 7 марта 1895 года А.С. Поповым, содержала всего два слова: "Генрих Герц" как дань уважения памяти великого ученого, открывшего дверь в мир радио.
Принципы радиосвязи.
Для передачи информации радио использует звук, т.е. колебания с частотой до 20кГц. Электромагнитная волна на таких частотах распространяться практически не будет. Ей нужны частоты порядка сотен килогерц (в 10 раз больше). но высокие частоты мы не сможем услышать. Чтобы решить эту проблему в радиосвязи используют процессы модуляции и демодуляции.
Модуляция.
Говоря просто, модуляция это процесс при котором высокочастотная волна используется для переноса низкочастотной волны. Высокочастотная электромагнитная волна хорошо распростроняется в пространстве, а низкочастотные сигналы голоса и музыки нет. Таким образом в радио сигналы голоса и музыки модулируют высокочастотную несущую в несколько сотен килогерц, и этот модулированный высокочастотный сигнал затем передается. На приемнике эта модулированная высокочастотная волна демодулируется для получения изначальных сигналов голоса и музыки. Существует три параметра несущей, которые можно изменять: амплитуда, частота и фаза. И, соответственно, по крайней мере три вида модуляции: амплитудная (АМ), фазовая, частотная (FM)
Читайте также: