Ερωτήσεις αυτοεξέτασης

1.     Να σχεδιαστεί και να σχολιαστεί το γενικό ενός πομπού ΑΜ.   ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 157 και 158)

Με βάση το γενικό δομικό διάγραμμα ενός πομπού, όπως προέκυψε στο τρίτο κεφάλαιο (σχήμα 5.1.1), η διαδικασία της διαμόρφωσης οριοθετεί δύο λειτουργικά τμήματα.

 

 

Το ένα τμήμα αφορά την επεξεργασία του βασικού σήματος, που χαρακτηρίζεται από το φασματικό του περιεχόμενο και περιλαμβάνει:

•       Τον αισθητήρα μετατροπής της πληροφορίας σε ηλεκτρικό σήμα.
•       Την ενίσχυση του σήματος, που πραγματοποιείται σ' ένα ή περισσότερα ενισχυτικά στάδια, ώστε το σήμα με κατάλληλο πλάτος και ισχύ να διαμορφώσει το φέρον.
•       Τη χρήση κατάλληλων φίλτρων, τα οποία οριοθετούν την απαραίτητη φασματική ζώνη του σήματος, ανάλογα με την εφαρμογή.
•       Οι χρησιμοποιούμενες διατάξεις διαμορφωτών διαφοροποιούνται με βάση το είδος της διαμόρφωσης που έχουμε επιλέξει.

Το δεύτερο τμήμα περιλαμβάνει τη γεννήτρια (ταλαντωτή) του φέροντος σήματος υψηλής συχνότητας , τη διαμόρφωσή του και την ενίσχυση του διαμορφωμένου φέροντος, ώστε με μεγάλη ισχύ να οδεύσει προς το μέσο μετάδοσης.

 

 

2) Τι είναι ο αρμονικός ταλαντωτής; Να αναφερθούν βασικά λειτουργικά χαρακτηριστικά του.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 159 και 161)

Το φέρον σήμα υψηλής συχνότητας fo δημιουργείται τοπικά στον πομπό από κύκλωμα αρμονικού ταλαντωτή. Οι αρμονικοί ταλαντωτές στις ραδιοεπικοινωνίες είναι δομημένοι με συντονιζόμενα κυκλώματα L - C και τους συναντούμε με πολλές παραλλαγές.

Η αρχή λειτουργίας των ταλαντωτών L-C στηρίζεται στην αυτοταλάντωση, την οποία υφίσταται ένα συντονιζόμενο κύκλωμα L-C, όταν διεγερθεί από ρεύμα Η αυτοταλάντωση εμφανίζεται σε συχνότητα:

fo =1/2π^VLC)

Ανεξάρτητα από τον τρόπο σχεδίασης του, ο αρμονικός ταλαντωτής χαρακτηρίζεται από τέσσερα βασικά λειτουργικά χαρακτηριστικά:

•       Τη συχνότητα λειτουργίας του (fo).
•       Την ακρίβεια της συχνότητάς του, δηλαδή από το αν η συχνότητα λειτουργίας του επηρεάζεται από εξωτερικούς μη ελεγχόμενους παράγοντες, όπως η θερμοκρασία, η τάση τροφοδοσίας κλπ.
•       Τη φασματική καθαρότητα του σήματος που δίνουν. Ο ιδανικός αρμονικός ταλαντωτής με απόλυτα ημιτονική έξοδο χαρακτηρίζεται από φάσμα σαν αυτό του σχήματος 5.2.4α. Στην πράξη το φάσμα ενός ταλαντωτή μοιάζει περισσότερο με αυτό του σχήματος 5.2.4β. Δηλαδή, ο ταλαντωτής λόγω θορύβου δεν δίνει τέλειο ημιτονικό σήμα, αλλά ένα συνθετότερο, με φασματικές συνιστώσες μέσα σε μια μικρή περιοχή γύρω από την ονομαστική του συχνότητα fo.

• Τη σταθερότητα του πλάτους του σήματος. Το πλάτος του σήματος του ταλαντωτή πρέπει να διατηρείται σταθερό και να μην εξαρτάται από εξωτερικές παραμέτρους, όπως αλλοιώσεις της τάσης τροφοδοσίας, βιομηχανικούς θορύβους, θερμοκρασία, γήρανση των εξαρτημάτων κλπ.

 

 

 

που προέρχεται από τοπικό ταλαντωτή αναφοράς με κρύσταλλο. Χωρίς να μας απασχολεί ιδιαίτερα η μαθηματική ανάλυση του κυκλώματος κλειστού βρόχου (PLL: Phase Locked Loop), αποδεικνύεται ότι, από τη σύγκριση των φάσεων των σημάτων Α (αναφοράς) και Β (έξοδος του VCO), προκύπτει τάση σφάλματος ε(t) στην είσοδο του VCO, που τείνει να εξισώσει τις συχνότητες fαν και fvco/N, ώστε

fαν= fvco/N ,

απ' όπου:

fvco = N*fαν                                                (3)

Με άλλα λόγια, στην έξοδο του ταλαντωτή VCO το σήμα έχει συχνότητα fvco=fo, η οποία είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της συχνότητας του ταλαντωτή αναφοράς. Διαθέτουμε, δηλαδή, ένα σύστημα προγραμματισμού της συχνότητας του φέροντος με κατάλληλη επιλογή του αριθμού Ν και βήμα (step) προγραμματισμού fαν. Οι διαιρέτες αυτού του είδους είναι κατάλληλα ψηφιακά κυκλώματα. Σήμερα εξάλλου βρίσκουμε στο εμπόριο κυκλώματα PLL και ως ολοκληρωμένα κυκλώματα.

 

 

6) Ποιο στάδιο ονομάζουμε διαμορφωτή;

 

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 164)

Διαμορφωτής (modulator) είναι η διάταξη (το κύκλωμα) με την οποία υλοποιείται η διαδικασία μιας συγκεκριμένης διαμόρφωσης.

Τα χρησιμοποιούμενα στην πράξη κυκλώματα διαμόρφωσης ΑΜ είναι πολλά. Μπορούμε να τα κατατάξουμε σε δύο κατηγορίες:

•        Κυκλώματα γραμμικά, που ουσιαστικά υλοποιούν τη διαδικασία της διαμόρφωσης ακριβώς όπως τη γνωρίσαμε στο τρίτο κεφάλαιο.
•        Κυκλώματα μη γραμμικά. Εδώ η διαμόρφωση επιτυγχάνεται από την παραμόρφωση που εισάγει μια δίοδος ή ένα τρανζίστορ που εργάζεται σε τάξη C (διακοπτόμενο κύκλωμα), όταν διαρρέεται από ρεύμα.

 

 

7) Να αναφερθούν κυκλώματα που χρησιμοποιούνται ως διαμορφωτές πλάτους.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 165 και 166 και 167)

 

 

 

 

Εύκολα επιβεβαιώνουμε ότι:

E(t) = [Mo + s(t)]· sinωot)                                                     (4)

Ο πολλαπλασιαστής δίνει στην έξοδο πάντοτε ως αποτέλεσμα το γινόμενο των τάσεων στις δύο εισόδους, δηλαδή:

Vεξ = p · Vx · Vy

Ο συντελεστής πολλαπλασιασμού p μετριέται σε V^-1 και

χαρακτηρίζει τον πολλαπλασιαστή. Στο σχήμα θεωρήσαμε p=1 ^v-1

Μη γραμμικοί διαμορφωτές ΑΜ

Στο σχήμα 5.3.4 αποδίδεται ένας διαμορφωτής πλάτους με δίοδο, που λειτουργεί με διακοπτόμενο ρεύμα.

Στην δίοδο εφαρμόζεται το άθροισμα του βασικού σήματος και του φέροντος που προέρχεται από τον ταλαντωτή:

V(t) = s(t) + M(t)

 

 

 

 

Το περιοδικό διακοπτόμενο ρεύμα που προκαλείται στη δίοδο έχει πλούσιο φασματικό περιεχόμενο, που μπορούμε να το προσδιορίσουμε μαθηματικά (ανάλυση Fourier). Αποδεικνύεται ότι σ αυτό το φασματικό περιεχόμενο υπάρχουν οι συμμετρικές φασματικές ακτίνες που συναντούμε στη διαμόρφωση ΑΜ (δηλαδή fo , fo + F και fo - F). Αν με κατάλληλο φίλτρο επιλέξουμε το συγκεκριμένο τμήμα του φάσματος, στην έξοδο θα πάρουμε το διαμορφωμένο φέρον, όπως σημειώνεται στο σχήμα.

 

 

8) Να αναφερθούν κυκλώματα που χρησιμοποιούνται ως διαμορφωτές SSBsc.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 168,169 και 170)

Η απλούστερη διάταξη για την υλοποίηση διαμόρφωσης SSB είναι αυτή του σχήματος 5.3.6. με φίλτρο ζώνης. Στηρίζεται στη δημιουργία, μέσω του πολλαπλασιαστή σήματος DSBsc και στη συνέχεια στην επιλογή της πάνω ή της κάτω φασματικής ζώνης με κατάλληλο φίλτρο. Με διαδοχικές αλλαγές συχνότητας και αξιοποιούνται επίσης ολισθητές φάσης κατά π/2.

 

 

9) Να σχεδιαστεί ένας διαμορφωτής SSBsc όπου

αξιοποιούνται ολισθητές φάσης κατά π/2.

 

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 170 σχήμα 5.3.10)

 

 

 

 

 

10) Ποια διάταξη αξιοποιείται ως διαμορφωτής FM;

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 173)

 

 

 

 

11) Τι είναι δίοδος μεταβλητής χωρητικότητας και που χρησμοποιείται;

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 171, και 172)

 

 

Πρόκειται για δίοδο ειδικής τεχνολογίας που, όταν είναι ανάστροφα πολωμένη (σχήμα 5.3.12), συμπεριφέρεται ως χωρητικότητα (πυκνωτής) και η τιμή της εξαρτάται από την τιμή της τάσης πόλωσης.

Έτσι, αν αλλάξουμε την ανάστροφη τάση πόλωσης της διόδου εφαρμόζοντας της αθροιστικά το βασικό σήμα s(t),

 

 

 

η χωρητικότητα της μεταβάλλεται στο ρυθμό του σήματος. Αποτέλεσμα αυτού είναι ότι η συχνότητα του ταλαντωτή μεταβάλλεται στον ίδιο ρυθμό. Έχουμε, δηλαδή, διαμόρφωση συχνότητας και ο διαμορφωτής FM είναι ουσιαστικά ένας ταλαντωτής VCO.

Η πλήρης διάταξη του VCO με στοιχεία L-C και Varicap εμφανίζεται στο σχήμα 5.3.13. Το στοιχείο που σημειώνεται στο σχήμα με τον όρο RFC είναι αποπνικτικό πηνίο και προφυλλάσσει τα κυκλώματα χαμηλής συχνότητας από την επίδραση της υψηλής συχνότητας του ταλαντωτή. Ο πυκνωτής C' με τιμή C' >> Cv δεν υπεισέρχεται στον υπολογισμό της συχνότητας ταλάντωσης. Αν δεν υπήρχε ο πυκνωτής C', η τάση πόλωσης του Varicap θα γειωνόταν μέσω του πηνίου L.

 

12) Ποια διεργασία ονομάζεται προέμφαση και γιατί χρησιμοποιείται;

 ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 174)

Οι πειραματικές μετρήσεις έχουν δείξει ότι στο ακουστικό φάσμα οι υψηλές συχνότητες εμφανίζονται συνήθως με μικρό πλάτος. 'Ένα μουσικό όργανο, για παράδειγμα, όταν ηχεί, παράγει το βασικό ήχο και ήχους σε υψηλότερες αρμονικές με μικρότερο πλάτος. Η μοναδικότητα εξάλλου του ήχου του οργάνου είναι ακριβώς η σύνθεση αυτών των αρμονικών. Τα σήματα μικρού πλάτους και μεγαλύτερης συχνότητας δίνουν μικρό δείκτη διαμόρφωσης (σχέση 25, κεφ. 3) και κατά τη μετάδοση ενδεχομένως επισκιάζονται από το θόρυβο, που είναι ενοχλητικότερος στις υψηλές συχνότητες του ακουστικού φάσματος. Για να ξεπεράσουμε αυτό το πρόβλημα, στη ραδιοφωνία FM το σήμα διαμόρφωσης, πριν εφαρμοστεί στο διαμορφωτή/ταλαντωτή διέρχεται από κατάλληλο δικτύωμα (υψηλοπερατό φίλτρο) και υφίσταται ενίσχυση των υψηλότερων συχνοτήτων του φάσματος. Αυτή η διεργασία περιγράφεται στην γραφική παράσταση του σχήματος 5.3.15α και είναι γνωστή με τον όρο προέμφαση ( pro-emphasis).

 

 

 

 

Διεθνώς τα όρια αυτής της διεργασίας έχουν οριοθετηθεί στις συχνότητες F1 = 2,1 kHz και 30 kHz (το πάνω όριο των 30 kHz είναι εκτός ακουστικού φάσματος) και η κλίση ενίσχυσης είναι 6 dB/οκτάβα (Οκτάβα = διπλασιασμός της συχνότητας. Τα 6 dB αντιστοιχούν σε διπλασιασμό της τάσης του σήματος). Το χρησιμοποιούμενο δικτύωμα φαίνεται στο σχήμα 5.3.15β. Στην πλευρά του δέκτη ένα χαμηλοπερατό φίλτρο (φίλτρο αποέμφασης) αποκαθιστά την αρχική φυσιογνωμία του σήματος. Η διαδικασία προέμφασης / αποέμφασης συνεισφέρει σημαντικά στην καλυτέρευση του λόγου σήματος / θόρυβο στην FM.

 

 

 

13)     Ποια διεργασία ονομάζεται αποέμφαση;

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 175)

Είναι η αντίθετη διαδικασία της προέμφασης

Στην πλευρά του δέκτη ένα χαμηλοπερατό φίλτρο (φίλτρο αποέμφασης) αποκαθιστά την αρχική φυσιογνωμία του σήματος. Η διαδικασία προέμφασης / αποέμφασης συνεισφέρει σημαντικά στην καλυτέρευση του λόγου σήματος / θόρυβο στην FM.

 

14)   Να σχεδιαστεί το φίλτρο προέμφασης που χρησιμοποιείται στη ραδιοφωνία FM.

 

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 174 σχήμα 5.3.15α)

 

 

15 ΕΚΤΟΣ ΥΛΗΣ

16 ΕΚΤΟΣ ΥΛΗΣ

17 ΕΚΤΟΣ ΥΛΗΣ

18 ΕΚΤΟΣ ΥΛΗΣ

 

 

19) Να σχεδιαστεί το δομικό διάγραμμα του στερεοφωνικού κωδικοποιητή. Να σχολιαστεί η λειτουργία του.

 

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 177 σχήμα 5.4.1)

Αρχικά γίνεται μίξη των δύο σημάτων α(t) και δ(t) και δημιουργούνται δύο νέα σήματα:

s1(t) = α(t) + δ(t) και s₂(t) = α(t) - δ(t)                                              (18)

Οι φασματικές ζώνες των δύο νέων σημάτων είναι ίδιες με αυτές των αρχικών. Με διαμόρφωση DSBsc ενός υποφέροντος σήματος 38 kHz μετατοπίζεται η φασματική ζώνη του s_2’(t) και προκύπτει σήμα s₂'(t) (σχήμα 5.4.1, 5.4.2).

 

Το αποτέλεσμα s(t) = s₁(t) + s₂΄(t) στην έξοδο του προσθετή είναι το σήμα διαμόρφωσης, το οποίο θα διαμορφώσει κατά συχνότητα το τελικό φέρον. Η φασματική φυσιογνωμία όλων των σημάτων διαδοχικά αποδίδεται στο σχήμα 5.4.2.

 

Για να διευκολυνθεί η διαδικασία αποδιαμόρφωσης και επαναπροσδιορισμού των αρχικών σημάτων α(t) και δ(t) στο δέκτη, στο φάσμα του σήματος s(t) ενσωματώνεται και φασματική ακτίνα 19 kHz (από την οποία δημιουργήθηκε το υποφέρον των 38 kHz). Στο δέκτη η συχνότητα 19 kHz θα χρησιμοποιηθεί ως αναφορά για την αναγέννηση του υποφέροντος των 38 kHz, που είναι απαραίτητο για την αποδιαμόρφωση DSB. Η διάταξη αυτή ονομάζεται στερεοφωνικός κωδικοποιητής ή απλά κωδικοποιητής stereo.

 

 

 

 

20)  Να σχεδιαστεί το δομικό διάγραμμα του

στερεοφωνικού αποκωδικοποιητή. Να σχολιαστεί η λειτουργία του.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 177 και 178 και σχήμα 5.4.3)

 

 

 

 

Στη λήψη μετά την αποδιαμόρφωση FM του φέροντος με κατάλληλα φίλτρα ζώνης θα διαχωριστούν τα σήματα s1(t) και s2'(t) (σχήμα 5.4.3). To s2'(t) θα υποστεί αποδιαμόρφωση DSB από όπου θα προκύψει το σήμα s2(t). Στη συνέχεια προσθέτοντας και αφαιρώντας τα σήματα s1(t) και s2(t), θα προκύψουν τα αρχικά σήματα α(t) και δ(t). Το τμήμα του δέκτη μέσα στη διακεκομμένη γραμμή στο σχήμα 5.4.3 ονομάζεται αποκωδικοποιητής stereo.

Το αποτέλεσμα s(t) = si(t) + S2'(t) στην έξοδο του προσθετή είναι το σήμα διαμόρφωσης, το οποίο θα διαμορφώσει κατά συχνότητα το τελικό φέρον.

 

 

 

21)  Τι ονομάζουμε διαμόρφωση VSB; Να σχολιαστεί γιατί και πού χρησιμοποιείται;

ΑΠΑΝΤΗΣΗ(σελ 178 και 179)

Η διαμόρφωση υποβαθμισμένης πλευρικής ζώνης, γνωστότερη με τον αγγλικό όρο VSB (Vestigial Side Band modulation), θεωρείται παράγωγη της κλασικής διαμόρφωσης ΑΜ με φέρον. Η φασματική φυσιογνωμία της διαμόρφωσης VSB αποδίδεται στο σχήμα 5.4.4 Εφαρμόζεται στην περίπτωση που το σήμα διαμόρφωσης s(t) έχει ευρύ φάσμα που εκτείνεται από 0 Hz έως και μερικά MHz. Είναι η περίπτωση του φάσματος Video ή τηλεοπτικού φάσματος από 0 Hz έως 5 ΜHz με βάση τις θεσμοθετημένες διεθνώς προδιαγραφές. Διαμόρφωση ΑΜ θα απαιτούσε μεγάλο εύρος ζώνης (διπλάσιο, δηλαδή 10 MHz). Από την άλλη πλευρά είναι ουσιαστικά αδύνατη η αξιοποίηση διαμόρφωσης SSBsc

 

 

 

 

 

Πράγματι, καθώς η συχνότητα του φέροντος είναι πολύ μεγάλη και οι πλευρικές ζώνες εφάπτονται μεταξύ τους, ο διαχωρισμός τους με φίλτρα είναι πρακτικά αδύνατος. Υιοθετήθηκε λοιπόν για τα τηλεοπτικά σήματα η διαμόρφωση VSB όπου το φασματικό αποτέλεσμα είναι η επιλογή της πάνω πλευρικής ζώνης και υποβαθμισμένου τμήματος της κάτω πλευρικής. Το φάσμα αυτό εξασφαλίζεται με ειδικό φίλτρο, σαν αυτό του σχήματος, γνωστού με το όνομα φίλτρο Νίκουιστ (Niquist). Παρατηρώντας το σχήμα διαπιστώνουμε ότι για τις συχνότητες f> fO + Fn έχουμε ουσιαστικά διαμόρφωση SSB. Για τις συχνότητες fo - Fn < f < fo + Fn η διαμόρφωση είναι διπλής ζώνης με άνισες πλευρικές, των οποίων το άθροισμα είναι σταθερό.

 

 

 

22)

23)

24)

25)

26)

27)

28)

29)ΕΚΤΟΣ ΥΛΗΣ

 

 

 

Προσθήκη νέου σχολίου

Όνομα (υποχρεωτικό)

E-mail (υποχρεωτικό)

Ιστότοπος

Αποστολή ειδοποίησης σε περίπτωση νέων σχολίων

Ανανέωση

Αποστολή

Ακύρωση