Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2.4 Prvky elektronických obvodů Kapitola 25 Modulátory a demodulátory Bc. Radim Miksa 30. 9. 2012
Obsah ÚVOD - ANOTACE... 1 1 MODULÁTORY A DEMODULÁTORY... 2 1.1 MODULÁTORY... 2 1.2 DEMODULACE SIGNÁLU... 2 1.3 DIODOVÝ DETEKTOR (SÉRIOVÝ A PARALELNÍ)... 2 1.4 KOLEKTOROVÝ DETEKTOR... 3 1.5 POSTUP DEMODULACE... 3 1.6 KONTROLNÍ OTÁZKY... 3 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 4 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 5 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 6
Úvod - anotace Výukový materiál popisuje modulátory a demodulátory. Výklad je na konci kapitoly doplněn kontrolními otázkami. Tento materiál je především určen pro 2. a 3. ročník oboru 39-41-L/01 Autotronik. Cílem tohoto materiálu je podpora zvládnutí daného výukového celku v předmětu Aplikovaná elektronika (AEL) a seznámení studentů se základními elektronickými prvky jako dioda, tranzistor, tyristor, rezistor, kondenzátor, cívka a další, které jsou základem pro složitější elektronické obvody. Po prostudování všech kapitol bude student znát úpravu elektrických signálů a základní elektronické obvody. 1
1 Modulátory a demodulátory 1.1 Modulátory Jsou elektronická zařízení, kde dochází k úpravě nosné vlny na vlnu modulovanou. Obrázek 1 příklad AM modulátoru s tranzistorem Nízkofrekvenční signál NF vzniká v mikrofonu a moduluje nosnou vlnu VF, jejímž zdrojem je vysokofrekvenční oscilátor. VF signál se zavádí přes oddělovací kondenzátor CV do emitoru tranzistoru, NF signál se zavádí přes oddělovací transformátor do báze tranzistoru. Při vhodné volbě pracovního bodu dostaneme na rezonančním obvodu LC amplitudově modulovaný signál AM. 1.2 Demodulace signálu Demodulace je označován proces, při kterém se získává z modulovaného vysokofrekvenčního nosného signálu (nosné vlny) zpět modulační signál. Demodulace se uskutečňuje pomocí nelineárních obvodových prvků. Elektronické obvody pro demodulaci se nazývají demodulátory. Podstatou demodulace je oddělení vysokofrekvenční složky nosného signálu od nízkofrekvenční složky modulačního signálu. K detekci amplitudově modulovaných signálu se používají 2. druhy detektorů a to sériový diodový detektor a paralelní diodový detektor. Používají se také detektory s použitím tranzistoru (např. kolektorový detektor). 1.3 Diodový detektor (sériový a paralelní) Na diodovém detektoru je vysokofrekvenční signál usměrňován diodou a dále je pomocí filtru odstraněn zbytek vysokofrekvenční složky a na zatěžovacím odporu (potenciometru) obdržíme čistý nízkofrekvenční signál. Ten se přechodem přes vazební kondenzátor Cv rozloží kolem osy souměrnosti. Výsledný signál pak vedeme k dalšímu zpracování. Paralelní detektory se používají výjimečně (dioda zapojená paralelně) a jejich nevýhodou je, že tlumí rezonanční obvod. 2 Obrázek 2 - sériový diodový detektor
1.4 Kolektorový detektor Kolektorový detektor je vysokofrekvenční zesilovač pracující ve třídě B, který vlivem nastavení pracovního bodu odstraní jednu půlvlnu signálu a druhou půlvlnu zesílí. Kondenzátory C1 a C2 slouží k odstranění vysokofrekvenční složky a pro kvalitnější vyhlazení signálu může být výstupní obvod řešen jako vyhlazovací filtr C1, R, C2. Obrázek 3 - kolektorový detektor 1.5 Postup demodulace Dioda propouští pouze kladné pulzy vf napětí. Napěťové pulzy nabíjí velký kondenzátor C2 (několik mf), který se však přes velký rezistor R stále vybíjí. Přes vazební kondenzátor CV se na výstup dostává nf střídavé napětí bez stejnosměrné složky. Obrázek 4 - postup demodulace AM vln pomocí diodového demodulátoru 1.6 Kontrolní otázky 1. Jaký plní účel demodulace? 2. Jak se nazývají obvody, které demodulaci zajišťují? 3. Jaké typy demodulátoru se používají k detekci amplitudově modulovaných signálu? 4. Nakreslete postup demodulace AM vln pomocí diodového demodulátoru. 3
2 Doporučená literatura 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. MALINA, Václav. Poznáváme elektroniku I. 1. vyd. České Budějovice: Kopp, 1994. 173 s. ISBN 80-858-2817-0. 4. BEZDĚK, Miloslav. Elektronika: učebnice. 3. vyd. České Budějovice: Kopp, 2008. ISBN 978-80-7232-359-32. 5. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 4
3 Použitá literatura a zdroje 1. VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 1. Vyd. Praha: SNTL, 1984. 303 s. ISBN 04-508-86 2. TKOTZ, Klaus. Příručka pro elektrotechnika. 2. dopl. vyd. Praha: Europa-Sobotáles, 2006. 623 s. ISBN 80-867-0613-3. 3. KESL, Jan. Elektronika: učebnice. 1. vyd. Havlíčkův Brod: Fragment, 1998. 86 s. ISBN 80-720-0261-9. 5
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1 PŘÍKLAD AM MODULÁTORU S TRANZISTOREM... 2 OBRÁZEK 2 - SÉRIOVÝ DIODOVÝ DETEKTOR... 2 OBRÁZEK 3 - KOLEKTOROVÝ DETEKTOR... 3 OBRÁZEK 4 - POSTUP DEMODULACE AM VLN POMOCÍ DIODOVÉHO DEMODULÁTORU... 3 6