גילוי אות מאופנן AM

מבוא:

אפנון משרעת או אפנון תנופה (אמפליטודה) הוא שיטת שידור לשם העברת מידע המורכב על גבי גלים אלקטרומגנטיים בתדר רדיו כך שמשרעת (עוצמת) הגל המשודר משתנה בתלות במידע, בעוד תדר הגל נשאר ללא שינוי. בדרך כלל תדירות הגל הנושא גבוהה יותר מהתדירות של המידע המורכב עליו. שיטה זו נועדה בעיקר להפצת אותות שמע אלחוטיים, אך ניתן להעביר בה גם צפנים ונתונים. שיטה זו נפוצה בשידורי הרדיו בתחום הגלים הארוכים, הבינוניים והקצרים.

תיאור מתמטי של גל נושא מאופנן – תנופה היא :



XAM(t) = A(t)*cosωc*t כך ש –  A(t) = Ac + Am*cosωm*t

A(t) מייצג את התנופה המשתנה בזמן מבחינה גרפית , פירוש הדבר הוא ששיאי הגל הנושא המאופנן לא יהיו בגובה אחיד Ac , אלה בגובה משתנה( A(t.

נוסחת האות המאופנן :-

Xam(t) = ( Ac + Am*cos*(ωm*t))*cos(ωc*t)

גלאי מעטפת:

גלאי המעטפת בא לגלות את אות המידע מתוך האות המאופנן.גלאי זה הוא פשוט לעומת שאר הגלאים.
כדי שגלאי זה יעבוד בצורה טובה צריך לדרוש שהגל המאופנן יהיה בעל רוחב פס קטן כלומר תדר גל הנושא
גדול מאוד מתדר גל המידע. בנוסף שגורם האפנון יהיה קטן מאחד.

מעגל גלאי מעטפת

אופן פעולת הגלאי:

כאשר יש פולס חיובי הדיודה מעבירה את הזרם והקבל נטען במהירות למתח השיא של הפולס. כאשר האות
בכניסה יורד מערך זה הדיודה מהווה נתק וקבל מתפרק דרך הנגד.תהליך זה נמשך עד הפולס החיובי הבא
שכאשר הוא עובר בגודלו את המתח על הקבל תהליך הטעינה מתחיל שוב   .
מכיוון שגל המידע הוא מעטפת האות המאופנן אנו צריכים שהקבל יטען עד לסופו כלומר עד למתח השיא של
בין עם זה מקור אות לכן נדרוש שקבוע הזמן של הטעינה המורכב מההתנגדות של גל - אות הAM  . 
מאופנן בעל התנגדות פנימית או נגד עומס או אנטנה קולטת וכד' והתנגדות הדיודה והקבל יהיו קטנים מאוד
בהשוואה לזמן המחזור של הגל המאופנן שהוא זמן המחזור של גל הנושא כלומר :

                                            Rs*C<<1 / fc(t)= 
יחד עם זאת עלינו לדרוש שכאשר הדיודה לא מוליכה  קבוע ההתפרקות של הקבל יהיה מספיק ארוך כדי
שהקבל יתפרק במלואו אך לא ארוך מידי כך שהקבל יטען מייד כאשר הפולס נהפך לחיובי שוב   .
במילים אחרות   :
                                                 RC<<1 / W<<fc/1

מהלך הניסוי:

בתחילת הניסוי חיברנו את ערכת התקשורת למקור המתח והפעלנו אותה לאחר מכך חיברנו את משקף התנודות לערכה ובנינו את המעגל הדרוש שמוצג באיור 1 :

איור 1

ולאחר מכך סידרנו את הכפתורים במשקף התנודות כפי שהיה דרוש בניסוי וקיבלנו את אות המידע שבאיור 2.

איור 2

לאחר מכך סידרנו את המעגל וחיברנו עוד רכיבים למעגל מתוך הערכה בכדי שנציג את מעטפת אות המאופנן ואות המידע יחד כמו שמתואר באיור 3.

איור 3

לאחר מכך בנינו מעגל אחר שבעזרתו נייצר אות מאופנן תנופה בעזרת אות דיבור, המעגל מוצג באיור 4.

איור 4

ואחר כך משקף לי הציג לי את אות מאופנן בעזרת אות דיבור שהוקלט ע"י המיקרופון של הערכה, את האות מוצג באיור 5.

גילוי אות מאופנןAM  בעזרת גלאי מעטפת:

בניסוי זה אנו בונים את אותו מעגל שבנינו בניסוי אפנון אות תנופה ומציגים את צורת האות שמתוארת באיור 6.

איור 6

חלק ב' מניסוי זה דורש ממנו להראות את אות המוצא ביחס לאות המאופנן  כך שחיברתי את המעגל שבאיור 7.

איור 7

וזאת התוצאה שקיבלתי במוצא משקף התנודות:

איור 8

ואחר מכן נדרש ממנו להציג את התוצאה שקיבלנו במוצא הדיודה וזו התוצאה במשקף התנודות שבאיור 9.

איור 9

אחר מכך הגדלנו את עוצמת אות המידע באופן קבוע , ומקדם האפנון כבר עלה והייה יותר מ- 1 ומצב זה נקרא אפנון יתר , וזו צורת האפנון יתר שבאיור 10.

איור 10

ניסוי 5

השפעת חדות המסנן על נאמנות השחזור:

רקע תיאורטי:

מסנן מעביר נמוכים:

הו מעגל המעביר תדרים נמוכים וחוסם את התדרים הגבוהים. בדרך כלל המימוש של המעגל הוא באמצעות מעגל RC (נגד-קבל) או RL (נגד סליל) או שילוב של שניהם.
באמצעות המסנן נוכל לדחות הפרעות של תדרים גבוהים, לדוגמא: כאשר אנו מעוניינים להעביר צליל דרך מיקרופון ולחסום רעשים בתדרים גבוהים שאינם רצויים. יתר על כן, ניתן לחסום הרמוניות במעגלי משדר-מקלט באמצעות מסנן זה.

·       מסנן מסדר ראשון

את התדר המרבי באות המידע מוגבל הפס הינו KHz 5 , לכן נתכנן מסנן שתדר מחצית ההספק שלו יהיה KHz 6 .

 נבחר R=1KHz ונחשב את קיבול הקבל. נקבל ש  .C=26nF

פונקציית התמסורת שמממשת את תפקיד מעביר הנמוכים מסדר ראשון תראה בצורה הבא:

·       מסנן מסדר שני :

 מתאר רשת מסנן מסדר שני בעלת תדר מחצית הספק השווה ל  KHz 6 .

פונקציית התמסורת של רשת מסנן מסדר שני :

 מהלך הניסוי:

נחבר את המעגל שחיברנו אותו בניסויים 3 ו4 אך נשנה את תכונות המסנן שמסדר ראשון:

פונקציית התמסורת של מסנן מסדר ראשון:

                                                       

התוצאה הייתה:

פונקצית התמסורת של מסנן מסדר שני:

התוצאה הייתה:

מסקנה: יש השפעה גדולה לחדות המסנן על נאמנות השחזור ורואים ש החזרה עם מסנן מסדר שני יותר נאמנה ויעילה.

ניסוי מספר 4

השפעת תדר הדגימה על נאמנות השחזור

בניסוי זה אנו ממשיכים מה שהתחלנו אותו בניסוי הקודם אבל בניסוי זה נשנה את תדר הדגימה ונראה את השפעתו על נאמנות השחזור.

 משפט נייקויסט: אם תדר הדגימה שווה לפחות פעמיים מתדר האות המקורי אז אנו יכולים לשחזר את האות בצורה נאמנה.

מהלך הניסוי:

נחבר את המעגל שחיברנו אותו בניסוי בספר 3 ונשנה את תדר הדגימה ונצפה בתוצאות:

נבדוק כאשר תדר הדגימה קטן מתדר נייקויסט

Fm=5Kh

התוצאה הייתה:

Fm=9KH

התוצאה הייתה:

נבדוק כאשר תדר הדגימה כמעט שווה לתדר נייקויסט

Fm=12KH

התוצאה הייתה:

נבדוק כאשר תדר הדגימה גדול מתדר נייקויסט

Fm=15KH

התוצאה הייתה:

Fm=20KH

התוצאה הייתה:

נבדוק כאשר תדר הדגימה גדול ביותר מתדר נייקויסט

Fm=50KH

התוצאה הייתה:

Fm= 100KH

התוצאה הייתה:

מסקנות:

1. כאשר תדר הדגימה קטן מתדר נייקויסט האות ששחזרנו אותו אנו דומה בכלל לאות במבוא המשדר.

2. כאשר תדר הדגימה שווה כמעט מתדר נייקויסט האות המשוחזר דומה קצת לאות המקור אבל הערכים שונים.

3. כאשר תדר הדגימה גדול מתדר נייקויסט וגדול ביותר: האות המשוחזר דומה מאוד מאות המקור אבל זמן המחזור הוקטן.