На главную

Опубликовано:

Иноземцев В.А., Симукова С.В. Обнаружение колебаний боковых  частот в амплитудно-модулированном сигнале. Глазов, Учебная физика №1, 2002г.

Иноземцев В.А., Иноземцева С.В.

Обнаружение колебаний боковых частот в амплитудно-модулированном сигнале

При изучении модулированных колебаний в классах с углубленным изучением физики целесообразно наряду с временным представлением амплитудно-модулированного колебания давать и спектральное представление. Для простоты будем считать, что модулирующий сигнал изменяется по гармоническому закону с частотой Ω. С точки зрения временного представления амплитудно-модулированный сигнал представляет собой колебание высокой частоты w, амплитуда которого с течением времени изменяется по закону колебания низкой частоты Ω. С точки зрения спектрального представления амплитудно-модулированный сигнал представляет собой сумму колебаний трех частот: несущей частоты w, нижней боковой частоты w-Ω и верхней боковой частоты w+Ω.

Для обнаружения колебаний боковых частот в амплитудно-модулированном сигнале потребуется электромагнитный резонансный частотомер. Можно воспользоваться заводским прибором (диапазон измеряемых частот 48-52 Гц) или изготовить его самостоятельно.

На рисунках 1 и 2 показано устройство самодельного электромагнитного резонансного частотомера. Для его изготовления берут магнитопровод от силового трансформатора. Поперечное сечение магнитопровода может быть выбрано в широких пределах. Для магнитопровода сечением 16х40 мм2 катушка должна иметь 500 - 600 витков провода диаметром 0,3 мм. Семь отрезков стальной струны крепятся к железному уголку винтами М2. Длину каждого отрезка струны подбирают экспериментально в процессе отладки частотомера. При протекании через обмотку электромагнита переменного электрического тока, изменяющегося по гармоническому закону, свободные концы отрезков стальной струны будут дважды за период притягиваться к электромагниту, т.е. будут совершать колебания, частота которых в два раза больше частоты тока. Наибольшая амплитуда колебаний будет у тех отрезков струны, собственная частота которых окажется вдвое больше частоты переменного тока (явление резонанса). В изготовленном нами частотомере частоты собственных колебаний отрезков струны равны 128, 132, 136, 140, 144, 148 и 152 Гц, что позволяет измерять частоты 64, 66, 68, 70, 72, 74 и 76 Гц. Частоту несущего колебания выберем 70 Гц. Переменное напряжение (1-5 В) такой частоты получаем от школьного генератора низкой частоты. Модулировать будем прямоугольными импульсами напряжения.

Схема устройства для обнаружения колебаний боковых частот при амплитудной модуляции приведена на рисунке 3. Электромагнитное реле должно иметь напряжение питания не более 15 В. Частота прямоугольных импульсов напряжения, вырабатываемого мультивибратором на элементах DD1.1, DD1.2, регулируется переменным резистором R2  в пределах от десятых долей до 10 Гц. Глубина модуляции регулируется переменным резистором R6.

Электромагнитное реле можно заменить электронным ключом на биполярном транзисторе (рис. 4). Ток через транзисторный ключ VT2 протекает в одном направлении благодаря диодам VD1 -  VD4.

Установив частоту модулирующего колебания 2 Гц, обнаруживаем, что наряду с колебаниями отрезка струны с собственной частотой 140 Гц, колеблются отрезки струны с собственной частотой 136 Гц и 144 Гц. Таким образом, в амплитудно-модулированном сигнале обнаруживаются колебания несущей частоты 70 Гц и боковых частот 68 и 72 Гц. При увеличении частоты модулирующего колебания начинают колебаться отрезки струны с собственными частотами 132 и 148 Гц, а затем 128 и 152 Гц. Обращают внимание на изменение амплитуды колебаний боковых частот при изменении глубины модуляции. Временное представление амплитудно-модулированного сигнала на экране осциллографа можно показать, подключив вход У осциллографа параллельно обмотке частотомера.

Для упрощения объяснения результатов демонстрации в качестве модулирующего колебания лучше использовать не прямоугольные импульсы напряжения, а синусоидальный сигнал частотой 1-7 Гц. Для этого потребуется самостоятельно изготовить генератор низкой частоты, выходное напряжение которого будет управлять транзистором VT2 в приведенной на рисунке 4 схеме.
Hosted by uCoz