פעולת הדגימה והשמירה

בפעולת הדגימה והשמירה אנו לוקחים גל דוגם, דוגמים אותו ע"י מתנד (בעל תדר כפול לפחות), מקודדים אותו לאות מדורג על פי רמות המתח השונות ולאחר שמעבירים אותו במוליך משחזרים את הגל על ידי פענוח רמות המתח ושימוש במסנן מעביר נמוכים.

דיאגראמת מלבנים של מערכת דגימה ושמירה :-

משפט נייקויסט :-

 משפט זה קובע שלצורך שחזור נאמן במקלט , כאשר תדר הדגימה גדול פי 2 לפחות מרוחב פס של אות המידע או פי 2  לפחות מהתדר המקסימאלי של אות  המידע , כך ש:-

מהלך הניסוי

חיברתי 3 מקורות מתח משתנים לשלוש מבואות המסכם והמוצא של המסכם חיברתי למשקף תנודות כדי לראות הצורה של האות.

רוחב הפס הוא: 5K לפי משפט נייקוויסט

יש שלוש הרמוניות אנו רואים את זה כאשר מחברים במקום משקף התנודות מנתיח ספקטראלי כדי לייצג את האות בייצוג ספקטראלי.

דגימת האות בעזרת מעגל דגימה ושמירה :

קבענו את המדידות של הדגימה לפי משפט נייקווסט תדר הדגימה צריך להיות כפול אות המידע 2FM

אז צריך להיות גדול קצת מ 10 אז כובעים אותו 12K

וגורם המחזור=10%

ואמפליטודה= 500MV

התוצאה במוצא המעגל היא:

הם דומים מאוד אבל האות במעגל הראשון הוא סינוס ובמעגל השני הוא אות ריבועי.

גילוי האות הדגום:

אחרי שקבענו את הערך של הנגד והקבל במסנן מעביר נמוכים עכשיו מחברים את המעגל הבא:

האות במוצא המעגל הוא:

האות הזה נוצר כתוצאה מחפיפה בין שני אותות: האות המקורי ובין האות במוצא הגלאי. 

תכנון ובנייה של מתנד סינוסאוידאלי בתדר גבוה

מתנד גשר ווין:

הוא מכשיר או מעגל הניזון ממקור מתח ישר, ומפיק אות סינוסואידלי בתדר ובעוצמה הניתן לתכנון מראש.

המתנד ממיר את האנרגיה המסופקת לו ממקור המתח הישר לאנרגיה של זרם חילופין.

מאפייני המתנד:

1.      יציבות תדר המתנד

2.      היכולת להפקת אות סינוסואידלי בעל תדר של מגהרצים ועשרות מגהרצים.

3.      ממיר את האנרגיה המסופקת לו ממקור המתח הישר, לאנרגיה של זרם חילופין.

דרך פעולת המעגל :

המתנד ההרמוני יוצר גל סינוסואידלי. בבסיסו הוא מגבר שמוצאו מחובר למסנן צר-סרט, שמוצאו מחובר לכניסת המגבר. כאשר מדליקים את המגבר, מופיע רעש במוצא שלו. הרעש עובר דרך המסנן כך שרק תדרים שהם בתחום הצר שמעביר המסנן מועברים בחזרה אל כניסת המגבר, ואלו מוגברים יותר ויותר כיוון שהתהליך חוזר על עצמו. תוך מספר מחזורים קטן מתייצב המתנד ומגיע למצב עמיד. אז מתקבל במוצא המגבר אות שמורכב מתחום צר של תדרים, שמרכזו הוא התדר המרכזי של המסנן, ורוחבו הספקטראלי נקבע על ידי רוחב המסנן.

למה חשוב לבנות מתנד בתדר גבוה!!!

צריכים מתנד בתדר גבוה בכדי שעבודת המעגל שלנו תהיה יותר מהירה .

שני סוגים של מתנדים:

1.      מתנד מבוקר מתח :- הוא מתנד שמפיק תדר בהתאם למתח הכניסה אליו. היתרון בסוג זה של המתנד הוא היכולת לשנות באופן אלקטרוני את תדר המוצא. מתנדים מבוקרי מתח משמשים בעיקר בשרשראות , ומסייע בהמרת תדרים תוך שימוש בערבל. תדר  המתנד ניתן לשינוי בעזרת נגד משתנה (ברכיב אנלוגי ) או דרך שינוי מילה ספרתית (ברכיב בעל ממשק ספרתי).

2.      מתנד רלקסציה :- במתנדי רלקסציה משתמשים ליצירת גל שאינו סינוסי, כגון גל מרובע או שן מסור.המתנד מכיל רכיב לא ליניארי, למשל טרנזיסטור שפורק באופן  מחזורי את האנרגיה הטעונה בקבל או במשרן, וכך גורם לשינויים מהירים במוצא. במתנדי רלקסציה לגל מרובע אפשר להשתמש ליצירת אות השעון הדרוש למעגלים ספרתיים מסוימים, למשל מונים או  טיימרים, אך מתנדים גבישיים עדיפים עליהם בגלל יציבותם.

מתנד גשר ווין:

מתנד גשר ויין מצטיין בפשטותו ובניקיון אות המוצא שלו. הוא מייצר אות סינוסואידלי ללא הרמוניות כמעט. הוא שימושי לתדרים נמוכים, החל מחלקי הרץ עד מאות אחדות  של קילוהרץ.

תכנון מתנד גשר ויין בעל תדר מוצא של 10 קילוהרץ, וציון את שיקולי התכנון וערכי הרכיבים :-

-         באיור מס' 1 נתון את המעגל שסרטטתי ואת הערכים שבחרתי

מהלך הניסוי

באיור מס' 2 נתון המעגל שסרטטתי בעזרת תוכנית ההדמיה (מולטיסים)

באיור מס' 2 האות שקיבלתי במוצא של משקף התנודות:

באיור מס' 3.א האות שסרטטתי עבור התנאי A*B > 1 :

באיור מס' 3.ב נתון האות שקיבלתי ממשקף התנודות עבור התנאי A*B>1

עכשיו שניתי את התנאי מ- A*B>1 ל- A*B = 1 .

וקבעתי ערכים שונים של הנגדים:

R1= 1Kohm

R2= 1000Kohm

האות שאני אמור לקבל הוא באיור 4.א :

האות שקיבלתי מתוכנת מולטיסים הוא באיור 4.ב :

כאשר משנים את המצב מ- AB>1 ל- AB<1 :

עכשיו משנים שוב את הערכים של שני הנגדים R1  ו' R2 כך ש:-

R1 = 100Kohm

R2 = 1Kohm

בעזרת ערכים אלה צריכים לקבל את צורת האות המופיעה באיור 5.א

באיור 5.ב נתונה צורת האות שמתקבל מתוכנית מולטיסים :

האות שהתקבל מתוכנית המולטיסים לא מיישם את המצב הזה כי המעגל עובד כל כך מהר שמשקף התנודות לא יכול להציג לנו את צורת האות הנכונה בגלל המהירות הרבה.

פירוק ספקטראלי של אות מאופנן AM

XAm(t)=( Ac+Am*cos(Wm*t))*cos(Wc*t)

מבוא:בפעולת האפנון מעורבים שני אותות: אות מאפנן המייצג את המידע וגל נושא אשר משמש כנושא או כאמצעי העברה בלבד, של המסר. המעגל המבצע את האפנון נקרא אפנן ותפקידו לשנות את צורת הגל הנושא בהתאם לשינויים של האות המאפנן.                                                   שיטת אפנון התנופה מתבססת על שינוי תנופתו של גל הנושא, בהתאם לשינוי המידע שאותו רוצים לשדר זו השיטה הידועה בראשי התיבות – AM .

הכנה לניסוי: כהכנה לניסוי המורה כתב לנו שאלה על הלוח והמשימה שלנו הייתה לפתור את סעיפי השאלה בכדי שנוכל לעזר בערכים במהלך הניסוי ולבדוק את נכונות התוצאות שנובעות מהפעלת המעגל של הניסוי שנבנה וניישם אותו בעזרת תוכנית המולטיסים במחשב.

השאלה :-

 נתוני השאלות: AC=2v / m=0.8 / Fc= 50KHz / Fm=5KHz

 (1) חשב את רוחב הפס של האות:

BW= 2Fm=2*5 K = 10 KHz

(2) סרטט את האות במישור הזמן:

בשל קשיים בסרטוט האותות בעזרת תוכניות המחשב האותות מסורטטים ידנית וצולמו בעזרת מצלמת הפלפון

הערה: החישובים לסירטוט האות נחשבו על דף הסירטוט למטה כמו שרואים בתמונה

(3) סרטט את האות הספקטראלי של האות :

(4) סרטט מעגל המיישם את הנוסחה שערכת :

מהלך הניסוי:

אחרי הפרק התיאורטי של הניסוי התחלתי בפרק המעשי של הניסוי והוא ליישם את מעגל הנוסחה של אות מאופנן AM  בעזרת תוכנית המולטיסים במחשב.

תחילה בניתי את המעגל בעזרת הרכיבים הדרושים לייצג את הנוסחה כמו ספק ישר ומעבד אות בתדר נמוך ובתדר גבוה גם צרכתי לעזר בvoltage summer  (מסכם) וגם ב multiplayer  ולאחר בניית המעגל היה צריך להציג את תוצאות מכשירי המדידות שהם:

1-     מכשיר משקף תנודות

2-     מכשיר ספקטרום אנליזיר

שמבטיחים תוצאות זהות לתוצאות הפרק התיאורטי .

להלן תמונת המעגל שבניתי בתוכנית המולטיסים :

מדידות:

בסיום תהליך בניית המעגל של אות מאופנן AM  היינו צריכים להוסיף שני מכשירי מדידה למעגל בכדי שנראה את צורת האות במישור הזמן בעזרת מכשיר משקף בתנודות ונראה את הייצוג הספקטראלי של האות בעזרת מכשיר הספקטרום אנליזיר.

א.      מכשיר משקף תנודות : הוא מכשיר שבעזרתו אפשר להציג את צורת האות המאופנן במישור הזמן לפי הערכים שנותנים לו.

להן תמונת ההגדרות של המכשיר שמראים את הערכים שהגדרתי לו :-

א.      מכשיר ספקטרום אנלייזיר : הוא מכשיר שבעזרתו אפשר להציג את הייצוג הספקטראלי של האות לפי הערכים שהוגדרו לו.

להן תמונת ההגדרות של המכשיר שמראים את הערכים שהגרתי לו :-

תוצאות:

1.    הגרף של האות המאופנן במישור המזמן

2.הייצוג הספקטראלי של האות במישור התדר

 מסקנות:

לאחר שסיימתי את הניסוי השוויתי בין תוצאות הפרק התיאורטי לבין תוצאות הפרק המעשי וראיתי שיש זיהוי מוחלט בין תוצאות שני הפרקים ע"פ תוצאות מכשירי המדידות בתוכנית המולטיסים, ומכן נוכל לומר שאת החישוב התיאורטי הוא כן נכון ביחס ליישום המעגל בתוכנית המולטיסים.

במילים אחרות תוכנית המולטיסים היא תוכנית מצוינת לבניית מעגלים ולקבל תוצאות ממוחשבים וסרטוטים נכונים (סתם בשביל צחוק).