Amplitudová, frekvenční a fázová modulace

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. Miroslav Hubáček.Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika 1 DUM

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2

Autor Ing. Miroslav Hubáček

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-EL-ELZ/2-EL-2/2

Název DUM Amplitudová, frekvenční a fázová modulace

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 26-51-H/01

Obor vzdělávání Elektrikář

Vyučovací předmět Elektronická zařízení

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 16 – 17 let

Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: seznámení se způsoby modulace analogového signálu a využitím v praxi

Vybavení, pomůcky Počítač, dataprojektor, interaktivní tabule

Klíčová slova Amplitudová modulace, frekvenční modulace, fázová modulace

Datum 24.2.2013

Amplitudová, frekvenční a fázová modulace

Náplň výuky

Rovnice harmonického signáluAmplitudová modulaceFrekvenční modulaceFázová modulaceVyužití modulace v praxi

Rovnice harmonického signálu

Modulace je definována na základě rovnice popisující harmonický signál

kde (okamžitá hodnota) je závisle proměnná a (čas) nezávisle proměnná.Jedná se tedy o matematickou funkci, kde se okamžitá hodnota mění v závislosti na čase podle sinusové funkce.

Parametry rovnice, které ovlivňují modulaci jsou – amplituda signálu, – úhlový kmitočet afázový posun.

Amplitudová modulace• Modulačním (modulujícím) signálem můžeme ovlivňovat

amplitudu vf nosné vlny, frekvence vlny zůstává stejná • okamžitá hodnota nosné vlny (vf) se mění podle okamžité

hodnoty modulační vlny (nf)• udává se hloubka modulace m

Obr. 1: Amplitudová modulace

Nosná vf vlna

Modulační nf vlna

Modulovaný signál

Amplitudová modulace

Při přenosu vznikají postranní pásma. Přenos větší šířky pásma je spojen s různými technickými potížemi. Proto bylo stanoveno, že pro amplitudově modulovaný rozhlasový signál bude vyhrazeno pásmo postranních kmitočtů ± 4,5 kHz. Celková šířka rozhlasového kanálu pro přenos amplitudově modulovaných signálů bude tedy 9 kHz.

Obr. 2: Vznik postranních pásem

Kmitočtová modulace

• při frekvenční modulaci nedochází k ovlivňování amplitudy nosné vlny, nýbrž ke změnám frekvence

• frekvence nosné vlny není stabilní jako u amplitudové modulace

• modulační signál frekvenci nosné částečně mění – zvyšuje ji a snižuje

• změna hustoty kmitů odpovídá změně hustoty nosné vlny.

• kladná půlvlna modulačního signálu způsobuje zvyšování frekvence, záporná půlvlna se frekvenci snižuje.

Kmitočtová modulace

• rychlost změn závisí na modulačním kmitočtu• kmitočtu modulačního signálu tedy odpovídá počet

frekvenčních změn nosné vlny za sekundu• frekvenční zdvih Δf odpovídá hloubce modulace

Obr. 3: Kmitočtová modulace

Nosná vf vlna

Modulační nf vlna

Modulovaný signál

Fázová modulace

• modulační vlna mění fázi nosné vlny• amplituda nosné vlny zůstává stejná• při změně fáze se mění i frekvence nosné vlny• u fázové modulace se udává fázový zdvih Δϕ

Obr. 4: Fázová modulace

Nosná vf vlna

Modulační nf vlna

Modulovaný signál

Srovnání amplitudové a frekvenční modulace

Výhody FM • větší rozsah přenosu nízkofrekvenčních kmitočtů • velký frekvenční zdvih – dynamika přenosu• menší rušení příjmu• omezení vzájemného rušení sousedních stanic • potlačeni slabšího rušivého signálu – capture effect

(efekt zachycení)• jednodušší řešení koncového stupně vysílače

Nevýhody FM• komplikovanější technické řešení na přijímací straně• požadavek na mnohem větší šíři pásma vysílané vlny – do

stanovené šíře vysílacího pásma se vejde podstatně méně stanic

Rozdíl mezi frekvenční a fázovou modulací

• při modulování ss signálem můžeme stejnosměrnou informaci přenést prostřednictvím frekvenční modulace – kmitočet nosné vlny se trvale změní

• stejnosměrný signál nelze přenést prostřednictvím fázové modulace

• fáze nosné vlny se sice trvale změní, ale její kmitočet se oproti původnímu nezmění

• tato trvalá fázová změna není při příjmu běžnými prostředky zjistitelná

Využití v praxi

Amplitudová modulace• velmi dlouhé a dlouhé vlny• střední vlny• krátké vlnyoblast využití: námořní a letecká radionavigace, rozhlas, radioamatérské a meteorologické služby

Frekvenční modulace• velmi krátké vlnyoblast využití: rozhlas a televize, syntéza zvuku, magnetický záznam zvuku

Fázová modulaceoblast využití: elektronické hudební nástroje

Kontrolní otázky:

1. Jaké jsou parametry rovnice harmonického signálu ?

2. Vysvětlete podstatu amplitudové modulace.

3. V čem se liší frekvenční modulace od fázové ?

4. Kde se v praxi využívá analogová modulace modulace ?

Seznam obrázků:

Obr. 1:Modulace: amplitudová modulace. In: eStránky [online].2012 [vid. 14. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.ackoo.estranky.cz/clanky/modulace.html

Obr. 2: Modulace: vznik postranních pásem. In: eStránky [online]. 2012 [vid. 14. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.ackoo.estranky.cz/clanky/modulace.html

Obr. 3: Modulace: frekvenční modulace. In: eStránky [online]. 2012 [vid. 16. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.ackoo.estranky.cz/clanky/frekvencni-modulace.html

Obr. 4: : Modulace: fázová modulace. In: eStránky [online]. 2012 [vid. 16. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.ackoo.estranky.cz/clanky/fazova-modulace_-rozdil-mezi-farovou-a-frekvencni-modulaci.html

Seznam použité literatury:

[1] BEZDĚK, M., Elektronika I. České Budějovice: KOPP, 2002. ISBN: 80-7232-171-4

[2] Modulace. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. 2012 [cit. 10. 2. 2013]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Modulace

[3] PETERKA, Jiří. Modulace. In: eArchiv [online]. 2011 [cit. 20. 2. 2013]. Dostupné z: http://www.earchiv.cz/a91/a142c110.php3

[4] Úhlová versus fázová modulace. In: Úhlová a frekvenční modulace [online]. 2013 [cit. 10. 2. 2013]. Dostupné z: http://fm-pm.godlike.cz/

Děkuji za pozornost