Telecomsfinal03

Τηλεπικοινωνίες

εργαστηριακή άσκηση ΙII

Νίκος Τρίτσης (icsd11162)
Νίκος Σαλαμούρας (icsd08128)



Περιεχόμενα / Ερωτήσεις:

1. Περιγραφή εργασίας
2. Άσκηση - Ερωτήσεις

Σημείωση:
Για την καλύτερη δυνατή ανάγνωση της εργασίας, προτείνουμε Adobe Acrobat με τις
ρυθμίσεις View -> Page Display -> Two-Page View & Show Cover Page in Two-Page View
σε Read Mode (Ctrl + H)

1. Περίληψη

Στο τρίτο και τελευταίο εργαστήριο ασχοληθήκαμε με τον διαμορφωτή AM. Με την
διαμόρφωση που ορίζεται σαν η διαδικασία με την οποία κάποιο χαρακτηριστικό ενός
σήματος (φέρον σήμα ) μεταβάλλεται σύμφωνα με κάποιο άλλο σήμα (σήμα διαμόρφωσης)
επιτυγχάνουμε τη μετατόπιση της περιοχής των συχνοτήτων ενός σήματος. Το σήμα
διαμόρφωσης και το αποτέλεσμα της διαδικασίας διαμόρφωσης αναφέρεται σαν
διαμορφωμένο σήμα. Η διαμόρφωση ενός σήματος μπορεί να γίνει σε κάποια παράμετρο
του ίδιου του σήματος που είναι το πλάτος, η συχνότητα και η φάση. Εμείς στο εργαστήριο
ασχοληθήκαμε με τη διαμόρφωση κατά πλάτος (Amplitude Modulation, AM) . Σκοπός της
διαμόρφωσης είναι η βελτίωση των χαρακτηριστικών μετάδοσης ενός σήματος από τον
πομπό στο δέκτη. Ένα ημιτονικό φέρον σήμα ορίζεται ως: C(t)=Accos(2πfct)
Το σήμα που προέρχεται από AM διαμόρφωση περιγράφεται ως μια συνάρτηση χρόνου με τη
μορφή: S(t)=Ac[1+kam(t)]cos(2πfct)=a(t)cos(2πfct)
όπου m(t) είναι το σήμα βασικής ζώνης που μεταφέρει την πληροφορία
και ισχύει ότι [m(t)> -1]

Η περιβάλλουσα του διαμορφωμένου σήματος είναι : a(t)=Ac[1+kam(t)]

Η μορφή ενός διαμορφωμένου AM σήματος προκύπτει με την απλή πράξη του
πολλαπλασιασμού δυο αναλογικών σημάτων: δηλαδή του φέροντος Accos(2πfct) και της
συνάρτησης του σήματος πληροφορίας a(t)=[1+kam(t)].

Εμείς λοιπόν για να υλοποιήσουμε έναν ΑΜ διαμορφωτή στο εργαστήριο χρησιμοποιήσαμε
το ολοκληρωμένο 1496 καθώς και αντιστάσεις, πυκνωτές και trimmers (μεταβλητή αντίσταση)
για την δημιουργία του κυκλώματος μας. Αφού κατασκευάσαμε το κύκλωμα του AΜ
διαμορφωτή το μόνο που είχαμε να κάνουμε είναι να δώσουμε το τετραγωνικό παλμό
στο πρώτο κύκλωμα του φίλτρου μας και να μας βγάλει το ημίτονο και να το περάσουμε
στον ακροδέκτη 4 του ολοκληρωμένου που είναι η είσοδος του. Έπειτα με την γεννήτρια
συχνοτήτων δημιουργήσαμε ένα άλλο σήμα (ένα φέρον σήμα) με μεγαλύτερη συχνότητα
από το σήμα που προέρχονταν από το φίλτρο μας το οποίο θα προσαρμόσουμε στον
ακροδέκτη 9 που είναι η δεύτερη είσοδο του ολοκληρωμένου μας. Τέλος στην έξοδο του
ολοκληρωμένου (ακροδέκτης 14) θα πάρουμε την έξοδο του δεύτερου κυκλώματος. Αφού
έγιναν οι κατάλληλες συνδεσμολογίες και ρυθμίσεις ελέγξαμε ότι το πρώτο κύκλωμα παίρνει
τον τετραγωνικό παλμό και στην έξοδο δίνει ημίτονο, έπειτα ελέγξαμε, ότι το ημίτονο φτάνει
μέχρι τον τέταρτο ακροδέκτη που είναι η 1η είσοδος του ολοκληρωμένου καθώς και ότι
έφτανε σωστά το φέρον σήμα στην 2η είσοδο του κυκλώματος. Αντιμετωπίσαμε αρκετά
προβλήματα όχι τόσο στη υλοποίηση του κυκλώματος, όσο στο να δουλέψει, (όπως και το
κύκλωμα του ζωνοπερατού, ενώ είχαμε τους βοηθούς του εργαστηρίου να δουν τα κυκλώματα
μας και είπαν οτι είναι εντάξει, και το ζωνοπερατό και ο διαμορφωτής δεν δουλέψανε σωστά
λόγω κάποιας βλάβης του breadboard απ’οτι μας είπαν στο εργαστήριο. Πολλά απ’τα screen-
shot που χρησιμοποιούνται στις απαντήσεις προέρχονται απο άλλη ομάδα όπως μας δώθηκε
οδηγία να κάνουμε στο εργαστήριο.

2. Άσκηση - Ερωτήσεις

1. Υλοποιήστε το κύκλωμα του Σχ. 10 στο breadboard χωρίς να τροποποιήσετε
το κύκλωμα του Band-Pass φίλτρου που έχετε φτιάξει ήδη.

Χωρίς να τροποποιήσουμε το ζωνοπερατό φίλτρο, ξεκινήσαμε να φτιάξουμε το κύκλωμα
του σχήματος 10 στην δεξιά πλευρά του breadboard που είχαε. Η ολοκλήρωση του πήρε την
περισσότερη ώρα απ’το 1ο εργαστήριο της άσκσησης και αρκετή απ’το 2ο.

2. Θέστε το κύκλωμα του Band-Pass φίλτρου που έχετε υλοποιήσει στην
προηγούμενη άσκηση σε λειτουργία όπως περιγράφεται στο φυλλάδιο της 2ης
Εργαστηριακής Άσκησης και βεβαιωθείτε ότι λειτουργεί κανονικά.

Θέσαμε σε λειτουργία το ζωνοπερατό φίλτρο στο breadboard μας όπως και στην προηδούμενη
άσκηση και είδαμε οτι λειτουργεί κανονικά, όπως στα προηγούμενα εργαστήρια

3. Κλείστε το τροφοδοτικό και τη γεννήτρια.

Τα κλείσαμε.

4. Συνδέστε το σήμα εξόδου του Band-Pass φίλτρου στο κανάλι 2 του
παλμογράφου και στην είσοδο Signal του κυκλώματος Σχ. 10.

Συνδέουμε το σήμα εξόδου του ζωνοπερατού φίλτρου στο 2ο κανάλι του παλμογράφου
(φαίνεται στα screenshots η διαμόρφωση στην οθόνη του παλμογράφου) και στην είσοδο
Signal του κυκλώματος 10.

5. Ρυθμίστε μια γεννήτρια συχνοτήτων (όχι αυτή που χρησιμοποιείτε στο
φίλτρο) σε ημιτονοειδές σήμα 100mVp-p, συχνότητα 500ΚΗz και DC-off-
set=0.5V, συνδέστε τη με την είσοδο Carrier του κυκλώματος Σχ. 10 του
πολλαπλασιαστή.

Ρυθμίζουμε μια γεννήτρια να παράγει ημιτονοειδές σήμα 100mVp-p , συχνότητα 500KHz και DC
off-set 0.5V. Τη συνδέουμε με την είσοδο Carrier του κυκλώματος του πολλαπλασιαστή.

6. Συνδέστε το 1ο κανάλι του παλμογράφου στην έξοδο του κυκλώματος του
πολλαπλασιαστή στο pin 6 του MC1496.

Συνδέουμε και στο 1ο κανάλι του παλμογράφου την έξοδο του κυκλώματος του
πολλαπλασιαστή για να έχουν 2 σήμερα στην οθόνη του παλμογράφου μας.

7. Ρυθμίστε τον παλμογράφο να θεωρεί trigger το κανάλι 2 από το menu trig-
ger.

Το ρυθμίσαμε απ’το menu trigger του παλμογράφου.

8. Ανοίξτε το τροφοδοτικό και τις γεννήτριες. Τι βλέπετε στον παλμογράφο;

- λείπει το screenshot -

9. Ρυθμίστε το trimmer TR1 ώστε να επιτυγχάνονται διάφορα ποσοστά
διαμόρφωσης. Παρατηρήστε την εικόνα στον παλμογράφο. Ρυθμίστε για
διαμόρφωση 30% , 60%, 100% σύμφωνα με τη σχέση 3.

Τα επόμενα 3 screenshot απ’τον παλμογράφο είναι με διαμόρφωση 30%, 60% και 100% με
βάση τη σχέση 3.

10. Αφού κλείσετε την τροφοδοσία, αντικαταστήστε τις αντιστάσεις R9 και R10
με δύο αντιστάσεις 10ΚΩ.

Αντικαθιστούμε τις R9 και R10 με αντιστάσεις 10KΩ.

11. Τροφοδοτήστε ξανά το κύκλωμα, τι παρατηρείτε πλέον στον παλμογράφο;
Ποια η χρησιμότητα του TR1 σε αυτή την περίπτωση

Screnshot στην επόμενη σελίδα

12. Καταγράψτε τα όργανα που χρησιμοποιείτε στις μετρήσεις σας (όργανα
και μοντέλο).

Χρησιμοποιήσαμε ένα breadboard πάνω στο οποίο στήθηκε το κύκλωμα του φίλτρου και
του διαμορφωτή. Στο breadboard χρησιμοποιήθηκαν διάφορες αντιστάσεις, πυκνωτές και
καλωδιάκια για την δημιουργία του κυκλώματος.

Χρησιμοποιήθηκε επίσης το τροφοδοτικό για την τροφοδοσία σταθερής τάσης 15V στο
κύκλωμα. Χρησιμοποιήθηκε η γεννήτρια συχνοτήτων για την παραγωγή του φέροντος
σήματος αλλά και το πολύμετρο για οποιαδήποτε μέτρηση χρειάστηκε να γίνει κατα την
δημιουργία του κυκλώματος. Τέλος ο παλμογράφος μας βοήθησε στο να ελεγχθούν οι εξόδοι
της κάθε γεννήτριας και η έξοδος του κυκλώματος μας.

13. Απαντήστε περιληπτικά γιατί χρησιμοποιούμε διαμόρφωση; Τι
διαμορφώνουμε με τι; Τι χρησιμοποιούμε για φέρον και γιατί;

Γιατί χρησιμοποιούμε διαμόρφωση:
Ο σκοπός ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος είναι η μετάδοση σημάτων πληροφορίας
(information-bearing signals) ή σημάτων βασικής ζώνης (baseband signals) μέσω ενός
διαύλου επικοινωνίας που χωρίζει τον πομπό από το δέκτη. Ο όρος βασική ζώνη (baseband)
χρησιμοποιείται για να ορίσουμε τη ζώνη των συχνοτήτων που καταλαμβάνει το αρχικό
σήμα όπως αυτό στέλνεται από την πηγή πληροφορίας. Χρησιμοποιούμε τη διαμόρφωση
γιατί η αποτελεσματική χρήση του διαύλου επικοινωνίας απαιτεί μετατόπιση της περιοχής
συχνοτήτων της βασικής ζώνης σε άλλες περιοχές συχνοτήτων κατάλληλες για μετάδοση
και μια αντίστοιχη μετατόπιση προς την αρχική περιοχή συχνοτήτων μετά τη λήψη, όμως
μετατόπιση της περιοχής των συχνοτήτων ενός σήματος επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας
διαμόρφωση (modulation) που ορίζεται σαν η διαδικασία μεταβολής ενός περιοδικού
σήματος, συνήθως υψίσυχνου, με στόχο την κωδικοποίηση σε αυτό ενός σήματος χαμηλής
συχνότητας το οποίο μεταφέρει κωδικοποιημένη πληροφορία για τη μετάδοσή του. Άρα η
διαμόρφωση απαιτείται για να μπορέσει να διέλθει ένα σήμα από κάποιο τηλεπικοινωνιακό
κανάλι το εύρος ζώνης του οποίου δεν επικαλύπτεται με το εύρος ζώνης του σήματος, για
να μπορέσουμε να κωδικοποιήσουμε στο φέρον σήμα το σήμα πληροφορίας και να το
μεταδώσουμε και τέλος για την αποφυγή παρουσίας θορύβου και παρεμβολών στο σήμα μας.

Τι διαμορφώνουμε με τί:
Στο δικό μας κύκλωμα διαμορφώνουμε το σήμα πληροφορίας έτσι όπως αυτό έβγαινε από το
κύκλωμα του φίλτρου μας το οποίο είναι ένα ημιτονικό σήμα με χαρακτηριστικά ( fc=3,125kHz
, και πλάτους 12Vp-p) με ένα φέρον σήμα που δημιουργήσαμε με τη βοήθεια μιας γεννήτρια
του οποίου τα χαρακτηριστικά είναι(fc=200kHz και πλάτος 5vp-p).

Τι χρησιμοποιούμε σαν φέρον και γιατί:
Σαν φέρον σήμα για την διαμόρφωση χρησιμοποιούμε ένα υψίσυχνο σήμα (πχ μια
ημιτονοειδής κυματομορφή) με σκοπό την κωδικοποίηση σε αυτό ενός σήματος χαμηλής
συχνότητας το οποίο μεταφέρει κωδικοποιημένη πληροφορία. Ποίο αναλυτικά αυτό το
κάνουμε γιατί ξέρουμε ότι η μετάδοση ενός σήματος μπορεί να γίνει περισσότερο αποδοτικά
σε υψηλές συχνότητες (δηλαδή χωρίς θόρυβο) . Επομένως σήματα υψηλών συχνοτήτων
πρέπει να μεταφέρουν τις χαμηλότερες συχνότητες. Αυτό το υψίσυχνο σήμα ονομάζεται
φέρον σήμα που μεταβάλλεται κατάλληλα (και ονομάζεται διαμορφωμένο σήμα) από το σήμα
με τις χαμηλές συχνότητες (που ονομάζεται σήμα βασικής ζώνης) το οποίο και πρόκειται
να μεταδοθεί. Άρα η υψηλής συχνότητας διαμορφωμένη κυματομορφή χρησιμοποιείται ως
μεταφορέας του αρχικού σήματος.

14. Σχεδιάστε το κύκλωμα που έχετε στην πλακέτα με τιμές αντιστάσεων και
πυκνωτών.

Για το κύκλωμα του ζωνοπερατού έχουμε:

C1: 10-7 F R1: 7.9 KΩ
C2: 10-7 F R2: 15.9 ΚΩ
R3: 40 Ω

ενώ για το κύκλωμα του διαμορφωτή έχουμε:

C1: 0.1μF
C2: 0.1μF
C3: 0.1μF

R1: 1 KΩ R4: 1 KΩ R7: 14.25 KΩ R10: 750 Ω
R2: 51 Ω R5: 3.9 ΚΩ R8: 51 Ω R11: 51 Ω
R3: 1 ΚΩ R6: 3.9 ΚΩ R9: 750 Ω R12: 1 KΩ

15. Σχεδιάστε το φάσμα AM-DSB, AM-DSB-SC, AM-SSB. Σημειώστε τις
αποστάσεις μεταξύ φέροντος και πλευρικών.

Φάσμα διαμόρφωσης διπλής πλευρικής ζώνης: AM-DSB
Α: Το φάσμα του αρχικού σήματος του μηνύματος.

Β: Το φάσμα του διαμορφωμένου σήματος.

Στην συγκεκριμένη διαμόρφωση το πλάτος του διαμορφωμένου φέροντος είναι ανάλογο του
πλάτους του σήματος του μηνύματος. Η διαμόρφωση DSB είναι ένας πολλαπλασιασμός του
φέροντος με το σήμα μηνύματος.

Φάσμα διαμόρφωσης διπλής πλευρικής ζώνης χωρίς φέρον σήμα: AM-DSB-SC

Η ισχύς του σήματος περιλαμβάνεται στις δυο πλευρικές ζώνες το εύρος ζώνης είναι 2 φορές
το εύρος ζώνης του αρχικού σήματος και η άνω πλευρική ζώνη έχει τα θετικά στοιχεία και η
κάτω πλευρική ζώνη έχει τα αρνητικά.
Φάσμα διαμόρφωσης απλής πλευρικής ζώνης: AM-SSB
Α: Αρχικά έχουμε το φάσμα του σήματος βασικής ζώνης.

B: Παρακάτω έχουμε το φάσμα της κυματομορφής SSB με μεταδιδόμενη την άνω πλευρική
ζώνη.

C: Το φάσμα της κυματομορφής SSB με μεταδιδόμενη την κάτω πλευρική ζώνη.