Haberleşme I DENEY 4 GENLİK (AM)

Fatih Üniversitesi
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
EEM 316 – Haberleşme I
DENEY 4
GENLİK (AM) DEMODÜLASYONU
4.1 Amaçlar
1. Genlik modülasyonunun genel prensiplerinin anlaşılması.
2. Diyot Algılayıcı ile genlik modülatör yapılması.
3. Ürün Algılayıcı ile genlik modülatör yapılması
4.2 Ön Çalışma
Kitaptan 4. Üniteyi okuyunuz.
4.3 Cihazlar ve Malzemeler
Deney için gerekli malzemeler Tablo 4.1’de listelenmiştir. Deneye başlamadan önce, deneyde
kullanılacak olan cihazların model numarasını, seri numarasını ve ofis stok numarasını
yazınız. Ayrıca, hasarlı cihazları not ediniz.
Tablo 4.1 Deneyde kullanılacak malzeme listesi
No: Malzemeler
1
Dijital Osiloskop
2
Sinyal Jeneratörü (1)
3
Sinyal Jeneratörü (2)
4
DC Güç Kaynağı
5
Osiloskop Probları ve Kablolar
6
Diyot Algılayıcı Ünitesi
7
Çarpan Algılayıcı Ünitesi
Hasar ve diğer yorumlar:
Model
Seri No:
Ofis Stok No:
4.4 Temel bilgiler
Demodülasyon işlemi, tam anlamıyla modülasyon işleminin tersidir. Genlik (AM)
modülasyonunda yüksek frekanslı taşıyıcı sinyal ile değişken düşük frekanstaki ses (taşınan)
sinyallerini iletir. Ses (taşınan) sinyalin tekrar elde edilmesi için AM sinyalinden ayrılması
gerekmektedir. Ses sinyalinin modülasyondaki sinyalden ayrılması işlemine demodülasyon
veya algılama denmektedir. Şekil 4.1’de görüldüğü gibi, algılama eşzamanlı (senkron) veya
eşzamansız (asenkron) olarak sınıflandırılır.
EEM 316 – Haberleşme I
Deney 4
Sayfa 1/9
Şekil 4.1 Genlik demodülasyonu.
4.2.1 Diyot Algılayıcı (Diode Detector)
Genlik ile modüle edilmiş sinyalde, taşıyıcı sinyalin genliği modülasyon genliği ile
değişir. Demodülasyonda ise modüle edilmiş sinyal genlik modülasyonundan (AM) çıkarılır.
Şekil 4.2 Doğrultmalı demodülasyonun blok diyagramı.
Şekil 4.2’de karakteristik bir diyot algılayıcı blok diyagramı gösterilmektedir. Genlik
modülasyonunda (AM) doğrultucuya giren sinyalde, sinyal pozitif ve negatif zarfları da
içermektedir. Doğrultucudan çıkan sinyal zarf sinyalinin pozitif tarafını ve DC seviyesini
içerir ki zaten ses (bilgi) sinyali bunları içermekteydi. Sonrasında ses sinyali DC voltajın
sinyalden ayrılmasıyla tekrar elde edilir.
Şekil 4.3’de pratik diyot algılayıcı devresi gösterilmektedir. R1, R2, R3, R4, U1 ve U2
elemanları, AM sinyali için gerekli kazancı sağlamak için birbirine sıralı bağlı 2 tersleyici
kuvvetlendiriciye bağlanmıştır. Genlik sinyali D1 diyotu ile doğrultulmaktadır ve sonrasında
C2, C3 ve R5’e bağlanarak alçak geçiren filtrenin girişine verilir. Alçak geçiren filtrenin
çıkışında pozitif yarım zarflı DC seviyeli sinyal vardır. C4 kapasitesi alçak geçiren filtreden
gelen sinyalin DC bileşenlerini tutarak AC sinyalin geçişine izin verir.
EEM 316 – Haberleşme I
Deney 4
Sayfa 2/9
Şekil 4.3 Diyot algılayıcı devresi.
4.2.2 Çarpan Algılayıcı (Product Detector)
AM sinyallerinin demodülasyonu denge modülatörü tarafından da gerçekleştirilebilir.
Bu tür demodülatörlere eşzamanlı algılayıcı veya çarpan algılayıcı da denmektedir. Şekil
4.4’de denge modülatör MC1496 tüm devresinin iç yapısını görmekteyiz. Eğer x AM (t ) genlik
modülasyon sinyalini, xc (t ) taşıyıcı sinyali göstermekteyse;
x AM (t ) = VDC [1 + µ cos(2πf m t )][Vc cos(2πf c t )]
(4.1)
xc (t ) = Vc cos(2πf c t )
(4.2)
Bu iki sinyal denge modülatörün giriş kısmına bağlıysa, denge modülatörünün çıkışı aşağıdaki
şekilde olur;
xout (t ) = kxc (t )x AM (t )
= kVDCVc2 [1 + µ cos(2πf m t )]cos 2 (2πf c t )
2
kVDC Vc2 kVDC Vc
µ cos(2πf m t )
+
2
2
kVDC Vc2
[1 + µ cos(2πf m t )]cos[2(2πf c t )]
+
2
=
(4.3)
k denge modülatörün kazancıdır. Denklem 4.3’ün sağ tarafındakiler birinci terim DC seviyeyi,
ikinci terim modüle edilmiş sinyali, üçüncü terim is 2. dereceden sinyal harmoniklerini
vermektedir. Modüle edilmiş bilgi sinyalini ayırmak için genlik sinyalinin xout (t ) çıkışı
kullanılır.
EEM 316 – Haberleşme I
Deney 4
Sayfa 3/9
Şekil 4.4 MC1496’nın iç yapısı.
Şekil 4.5’de çarpan algılayıcının iç yapısını göstermektedir. VR1 ayarı taşıyıcı sinyalin
seviyesini kontrol etmektedir. MC1496’nın 12 nolu ayaktaki çıkış sinyali Denklem 4.3’de
verilmiştir. Alçak geçiren filtre C7, C9 ve R9 ile bilgi sinyalini tekrar elde etmek için sinyalin
üçüncü terimini 2. derece harmonikli genlik modülasyon teriminden kaldırmaktadır. Denklem
4.3’de verilen sinyalin DC seviyesini ortadan kaldırmak için C10 kapasitesi kullanılır.
Demodüle edilmiş çıkış sinyali ise Denklem 4.4’deki gibi gösterilir.
2
kV V
xout (t ) = DC c µ cos(2πf m t )
2
(4.4)
Denklem 4.4 ses sinyalini göstermektedir. Başka bir şekilde söylemek istersek çarpan
algılayıcı genlik modülasyonundan ses ( bilgi) sinyalini çıkarmaktadır.
Yukarıdaki yapmış olduğumuz her iki deneyi de özetlemek istersek, diyot algılayıcı
eşzamanlı olmayan basit bir devre yapısına sahiptir fakat verimliliği kötüdür. Çarpan
algılayıcı ise eşzamanlı çalışan bir yapıdadır, çok iyi bir verimliliğe sahiptir fakat karmaşık bir
devre yapısı vardır. Ayrıca, taşıyıcı sinyalin genlik modülasyon sinyaliyle kesin bir
eşzamanlılığa ihtiyacı vardır.
EEM 316 – Haberleşme I
Deney 4
Sayfa 4/9
Şekil 4.5 Çarpan algılayıcı devresi.
4.5 Deney Uygulaması
Not: DO (dijital osiloskop) kullandığınızda; DO’dan verileri kaydederken, kritik tüm bilgileri
kaydedin. Örneğin; DC seviyesi, tepe değeri, periyot ve frekenas değerleri. Sonrasında çıkış
dalga şeklini düzgün olarak DO çıkışı olarak dereceli grafiğe çiziniz. DO çıkışı sabitlemek
için “hold” ve ”storage” özelliklerini kullanınız.
4.5.1 Diyot Algılayıcı (Diode Detector) Devresi
1. DSB-SC modülatörünün beslemesini HAMEG’in DC panelinden yapınız. SW1
anahtarı R11’de, SW2 anahtarı R12’de olsun. CARRIER INPUT girişine 250 mVpp 200
kHz sinüs dalgası, AUDIO INPUT girişine 150 mVpp, 3 kHz sinüs dalgası olacak
şekilde sinyal veriniz. DSB-SC OUTPUT çıkışındaki modüle edilmiş sinyali
gözlemleyiniz ve VR1’i kullanarak modülasyonu %100 olacak şekilde ayarlayınız.
2. Diyot Algılayıcı (Diode Detector) devresinin beslemesini HAMEG’in DC panelinden
yapınız (GROUND’ların ortak olmasına dikkat ediniz). DSB-SC OUTPUT çıkışını
Diyot Algılayıcı devresinin AM INPUT girişine bağlayınız.
3. Demodüle edilmiş çıkış sinyalini gözlemleyiniz. AUDIO INPUT ve
DEMODULATION
OUTPUT
sinyallerini
Tablo
4.2’ye
kaydediniz.
DEMODULATION OUTPUT’taki sinyalin frekansını ve genliğini (T-T) osiloskopu
kullanarak ölçünüz ve Tablo 4.2’ye kaydediniz.
EEM 316 – Haberleşme I
Deney 4
Sayfa 5/9
4. AUDIO INPUT sinyalinin frekansını sırasıyla 2 kHz ve 1 kHz olarak değiştiriniz.
Adım 3’te olduğu gibi AUDIO INPUT ve DEMODULATION OUTPUT sinyallerini
Tablo 4.2’ye kaydediniz.
4.5.2 Çarpan Algılayıcı (Product Detector) Devresi
1. DSB-SC modülatörün beslemesini HAMEG’in DC panelinden yapınız. SW1 R11’de ve
SW2 R12’de olsun. CARRIER INPUT girişine 250 mVpp 500 kHz sinüs dalgası ve
AUDIO INPUT girişine 150 mVpp 3 kHz sinüs dalgası uygulayınız. Modülasyon
indisinin %50 olmasını sağlayınız. Modülasyon indisi için DSB-SC’nin VR1
potansiyometre ayar tuşunu kullanınız.
2. Çarpan Algılayıcı (Product Detector) devresini DC panelden besleyiniz. DSB-SC
OUTPUT çıkış sinyalini Çarpan Algılayıcı devresinin AM INPUT girişine bağlayınız.
3. DEMODULATION OUTPUT çıkış sinyalini gözlemleyiniz. VR1 ve VR2’yi
kullanarak çıkıştan gözlemlediğiniz sinyalin maksimum tepe değerine ulaştığından
emin olunuz. AUDIO INPUT giriş sinyalini ve DEMODULATION OUTPUT çıkış
sinyalini Tablo 4.3’e kaydediniz. DEMODULATION OUTPUT’taki sinyalin
frekansını ve genliğini (T-T) osiloskopu kullanarak ölçünüz ve Tablo 4.3’e
kaydediniz.
4. AUDIO INPUT sinyalinin frekansını sırasıyla 2 kHz ve 1 kHz olarak değiştiriniz.
Adım 3’te olduğu gibi AUDIO INPUT ve DEMODULATION OUTPUT sinyallerini
Tablo 4.3’e kaydediniz.
5. CARRIER INPUT sinyalini 250 mVpp 1 MHz sinüs dalgasına AUDIO INPUT
sinyalini 150mVpp 2 kHz sinüs dalgasına ayarlayınız. DSB-SC’den VR1 kullanılarak
%50 modülasyon indisini elde ediniz.
6. AUDIO INPUT ve DEMODULATION OUTPUT sinyallerini Tablo 4.4’e kaydediniz.
7. CARRIER INPUT sinyalinin frekansını sırasıyla 1,5 MHz ve 2 MHz olarak
değiştiriniz. Adım 6’da olduğu gibi AUDIO INPUT ve DEMODULATION OUTPUT
sinyallerini Tablo 4.4’e kaydediniz.
EEM 316 – Haberleşme I
Deney 4
Sayfa 6/9
Tablo 4.2
(Vc = 250 mVpp , Vm = 150 mVpp , fc = 200 kHz, m = 100%)
Ses Giriş
Frekansı
Ses Giriş Dalgası
Demodüle Edilmiş Sinyal Çıkış
Dalgası
Y1: 50 mV A: 200 µs.
Y1: 1 V A: 200 µs.
Y1: 50 mV A: 200 µs.
Frekans:
Voltaj Genliği (T-T):
Y1: 1 V A: 200 µs.
Y1: 50 mV A: 500 µs.
Frekans:
Voltaj Genliği (T-T):
Y1: 1 V A: 500 µs.
3kHz
2 kHz
1kHz
Frekans:
Voltaj Genliği (T-T):
EEM 316 – Haberleşme I
Deney 4
Sayfa 7/9
Tablo 4.3
(Vc = 250 mVpp , Vm = 150 mVpp , fc = 500 kHz, m = 50%)
Ses Giriş
Frekansı
Ses Giriş Dalgası
Demodüle Edilmiş Sinyal Çıkış
Dalgası
Y1: 50 mV A: 200 µs.
Y1: 500 mV A: 200 µs.
Y1: 50 mV A: 200 µs.
Frekans:
Voltaj Genliği (T-T):
Y1: 500 mV A: 200 µs.
Y1: 50 mV A: 200 µs.
Frekans:
Voltaj Genliği (T-T):
Y1: 500 mV A: 200 µs.
3kHz
2 kHz
1kHz
Frekans:
Voltaj Genliği (T-T):
EEM 316 – Haberleşme I
Deney 4
Sayfa 8/9
Tablo 4.4
(Vc = 250 mVpp, Vm = 150 mVpp , fm = 2 kHz, m = 50%)
Taşıyıcı
Giriş
Frekansı
Ses Giriş Dalgası
Demodüle Edilmiş Sinyal Çıkış
Dalgası
Y1: 50 mV A: 200 µs.
Y1: 500 mV A: 200 µs.
Y1: 50 mV A: 200 µs.
Frekans:
Voltaj Genliği (T-T):
Y1: 500 mV A: 200 µs.
Y1: 50 mV A: 200 µs.
Frekans:
Voltaj Genliği (T-T):
Y1: 500 mV A: 200 µs.
1 MHz
1.5 MHz
2 MHz
Frekans:
Voltaj Genliği (T-T):
EEM 316 – Haberleşme I
Deney 4
Sayfa 9/9