MODULĒTA AMPLITŪDA: RAKSTURLIELUMI UN KĀ TĀ DARBOJAS - FIZISKĀ - 2025

Amplitūda modulēta AM (amplitūdas modulācija) ir signālu pārraides paņēmiens, kurā ir elektromagnētiskais vilnis sinusoidāla nesējfrekvence f _c , kas ir atbildīga par pārraidīšanai ziņu frekvenci F _s << f _c atšķiras (t.i., modulē) to amplitūda atbilstoši signāla amplitūdai.

Abi signāli pārvietojas kā viens, kopējais signāls (AM signāls), kas apvieno abus: nesēja vilni (nesēja signālu) un vilni (informācijas signālu), kas satur ziņojumu, kā parādīts šajā attēlā:

1. attēls. Amplitūdas modulācija. Avots: Wikimedia Commons.

Tiek atzīmēts, ka informācija pārvietojas formā, kas ieskauj AM signālu, ko sauc par aploksni.

Izmantojot šo paņēmienu, signālu var pārraidīt lielos attālumos, tāpēc šāda veida modulāciju plaši izmanto komerciālais radio un civilā josla, lai gan procedūru var veikt ar jebkura veida signālu.

Lai iegūtu informāciju, ir nepieciešams uztvērējs, kurā ar aplokšņu detektoru tiek veikts process, ko sauc par demodulāciju.

Aplokšņu detektors ir nekas cits kā ļoti vienkārša shēma, ko sauc par taisngriezi. Procedūra ir vienkārša un lēta, bet jaudas zudumi vienmēr rodas pārvades procesā.

Kā darbojas modulētā amplitūda?

Lai pārsūtītu ziņojumu kopā ar nesēja signālu, nepietiek tikai ar abu signālu pievienošanu.

Tas ir nelineārs process, kurā pārraide iepriekš aprakstītajā veidā tiek panākta, ziņojumu signālu reizinot ar nesēja signālu, abiem kosiniem. Un tam pievienojiet nesēja signālu.

Matemātiskā forma, kas rodas no šīs procedūras, ir mainīgs signāls laikā E (t), kura forma ir:

Kur amplitūda E _c ir nesēja amplitūda un m ir modulācijas indekss, ko aprēķina ar:

Tādējādi: E _s = mE _c

Ziņojuma amplitūda ir maza salīdzinājumā ar nesēja amplitūdu, tāpēc:

Pretējā gadījumā AM signāla aploksnei nebūtu precīza pārsūtāmā ziņojuma forma. M vienādojumu var izteikt kā modulācijas procentus:

Mēs zinām, ka sinusoidālajiem un kosinusa signāliem ir raksturīga noteikta frekvence un viļņa garums.

Modificējot signālu, tiek tulkots tā frekvences sadalījums (spektrs), kas apzīmē noteiktu apgabalu ap nesēj signāla f _c frekvenci (kas modulācijas procesā vispār netiek mainīts), ko sauc par platumu. josla.

Tā kā tie ir elektromagnētiski viļņi, to ātrums vakuumā ir gaismas ātrums, kas ir saistīts ar viļņa garumu un frekvenci:

Tādā veidā informācija, kas jāpārraida no, piemēram, radiostacijas, ļoti ātri nokļūst uztvērējos.

Radiopārraides

Radiostacijai vārdi un mūzika, kas visi ir skaņas signāli, jāpārveido vienāda frekvences elektriskajā signālā, piemēram, izmantojot mikrofonus.

Šo elektrisko signālu sauc par dzirdes frekvences signālu FA, jo tas ir diapazonā no 20 līdz 20 000 Hz, kas ir dzirdamais spektrs (frekvences, kuras dzird cilvēki).

2. attēls. Daudzas radiostacijas pārraida AM. Avots: Pixabay.

Šim signālam jābūt elektroniski pastiprinātam. Radio pirmajās dienās tas tika izgatavots ar vakuuma caurulēm, kuras vēlāk aizstāja ar daudz efektīvākiem tranzistoriem.

Pēc tam pastiprinātā signālu apvieno ar radiofrekvences signālu FR ar AM modulatora shēmām, lai katrai radiostacijai būtu noteikta frekvence. Tas ir iepriekš minētais nesējfrekvence f _c .

AM radiostaciju nesējfrekvences ir no 530 Hz līdz 1600 Hz, bet stacijām, kuras izmanto modulētu frekvenci vai FM, ir augstākas frekvences nesēji: 88-108 MHz.

Nākamais solis ir vēlreiz pastiprināt kombinēto signālu un nosūtīt to antenai, lai to varētu izstarot kā radioviļņu. Tādā veidā tas var izplatīties kosmosā, līdz tas sasniedz uztvērējus.

Signāla uztveršana

Radio uztvērējam ir antena, lai uztvertu elektromagnētiskos viļņus, kas nāk no stacijas.

Antena sastāv no vadoša materiāla, kurā savukārt ir brīvi elektroni. Elektromagnētiskais lauks iedarbojas uz šiem elektroniem, kuri nekavējoties vibrē tādā pašā frekvencē kā viļņi, radot elektrisko strāvu.

Vēl viena iespēja ir tāda, ka uztverošajā antenā ir stieples spole, un radioviļņu elektromagnētiskais lauks tajā rada elektrisko strāvu. Abos gadījumos šajā straumē ir informācija, kas nāk no visām uztvertajām radiostacijām.

Tagad seko tas, ka radio uztvērējs spēj atšķirt katru radiostaciju, tas ir, noskaņoties uz to, kura tiek dota priekšroka.

Noskaņojieties radio un klausieties mūziku

Izvēle starp dažādiem signāliem tiek veikta ar rezonējošu LC ķēdi vai LC oscilatoru. Šī ir ļoti vienkārša shēma, kurā ir mainīgs induktors L un kondensators C, kas novietoti virknē.

Lai noskaņotu radiostaciju, L un C vērtības tiek noregulētas tā, lai ķēdes rezonanses frekvence sakristu ar noskaņojamā signāla frekvenci, kas nav nekas cits kā radiostacijas nesējfrekvence: f _c .

Kad stacija ir noregulēta, darbosies sākumā pieminētā demodulatora shēma. Viņš ir atbildīgs par radiostacijas pārraidītā ziņojuma atšifrēšanu. Tas tiek darīts, atdalot nesēja signālu un ziņojuma signālu, izmantojot diodi, un RC ķēdi, ko sauc par zemas caurlaidības filtru.

3. attēls. Kreisajā LC oscilatoru ķēdē. Labajā pusē ir modulatora shēma. Avots: F. Zapata.

Jau atdalītajam signālam atkal notiek pastiprināšanas process, un no turienes tas nonāk pie skaļruņiem vai austiņām, lai mēs to varētu dzirdēt.

Šeit ir aprakstīts process, jo patiesībā ir vairāk posmu, un tas ir daudz sarežģītāks. Bet tas dod mums labu priekšstatu par to, kā notiek amplitūdas modulācija un kā tā sasniedz uztvērēja ausis.

Darbojies piemērs

Nesējviļņa amplitūda E _c = 2 V (RMS) un frekvence f _c = 1,5 MHz. To modulē signāls ar frekvenci fs = 500 Hz un amplitūdu E _s = 1 V (RMS). Kāds ir AM signāla vienādojums?

Risinājums

Aizstāt modulētās signāla vienādojumā atbilstošās vērtības:

Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka vienādojums ietver maksimālās amplitūdas, kas šajā gadījumā ir spriegumi. Tāpēc ir jāpārnes RMS spriegumi uz maksimumu, reizinot ar √2:

1. Alfabētiķi. Modulācijas sistēmas. Atgūts no: analfatecnicos.net.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: principi un pielietojumi. 6 ^th . Eds Prentice Hall.
3. Quesada, F. Komunikāciju laboratorija. Amplitūdas modulācija. Atgūts no: ocw.bib.upct.es.
4. Santakrusa, O. amplitūdas modulācijas pārraide. Atgūts no: professors.frc.utn.edu.ar.
5. Servejs, R., Jewett, J. (2008). Fizika zinātnei un inženierijai. Sējums 2. 7 ^ma . Ed. Cengage mācīšanās.
6. Pārvadātāja vilnis. Atgūts no: es.wikipedia.org.