ניסוי מס' 6

גילוי  אות מאופנן תנופה

מבוא:

בניסוי זה התעסקנו באפנון תנופה של אות, ואפנון תנופה הוא שיטת שידור  להעברת מידע המורכב על גבי גלים אלקטרומגניטיים בתדר רדיו, ושיטה זו מתבססת על שינויי תנופתו של גל נושא, בהתאם לשינויי המידע שאותו רוצים לשדר.

גילוי האות:

על מנת לחלץ את האות המקורי מהגל הנקלט, דרוש תהליך ההפוך לתהליך האפנון הקרוי גילוי (Demodulation). לכל שיטת אפנון יש שיטת גילוי המתאימה לה. לדוגמה, שיטת הגילוי הבסיסית לאפנון המשרעת נקראת עקיבת מעטפת. היא מתבססת על דיודה כמיישר זרם, ומעגל RC הנותן תגובה דועכת אקספוננציאלית. התוצאה היא דעיכה אחרי כל מקסימום של הגל הנושא, הדומה למעטפת הגל המאופנן שהיא האות המקורי.

מהלך הניסוי:

הוצאתי את הערכה מהקופסה, פתחתי את החוברת המצורפת וקראתי איך לחבר את הערכה , ואז חיפשתי את העמוד של הניסוי והתחלתי לקרוא את תהליך הניסוי .

אחר כך הבנתי את מטרת הניסוי ואיפה לחבר את כל הכבלים, חיברתי אותם ווידאתי שכולם מחוברים נכון :-

ואז הבאתי את משקף התנודות וחיברתי את הכבל הראשון ל CH1,והתחלתי לסובב את הבוררים הראשון (g) ל 1V 1והשני (G) ל- 1Vp, ואז במשקף התנודות מכוונים את CH1     ל-0.5V ,ואז מקבלים את אות המידע הבא:

ואחר כך התבקשנו מעטפת אות המאופנן לבין אות המידע, ואז הוספתי ושיניתי את הכבלים לפי ההנחיות במחברת המצורפת עד שלבסוף יצא לי מעגל זה :-

והתוצאה היא :-

בחלק ב' התבקשנו להציג אות מאופנן תנופה בעזרת אות דיבור , אז שוב שיניתי את הכבלים עד שיצא לי מעגל זה :-

וכשדיברתי במיקרופון המובנה , האות המאופנן שמוצג במשקף התנודות התחיל לזוז ול"רקוד" כפי שמופיע בתמונה:-

 

גילוי האות המאופנן בעזרת מקלט  AM:

עכשיו מחברים את מוצא המכפל-האות המאופנן- לכניסת מעגל הקטימה שהוא בעצם דיודה,במוצא מעגל זה אנו מקבלים אות קטום חיובי, אות זה מכניסים למסנן מעביר נמוכים מסדר ראשון , עד שיוצא מעגל זה :-

התוצאה במשקף התנודות :-

ואחר כך מגדילים את עוצמת אות המידע באופן קבוע , עד שמקבלים אות שהגיע לאפנון יתר וזו צורתו :-

 מסקנות:

 *הסקתי שאם גורם האפנון שווה/קטן מ-1 אנו מקבלים גילוי דומה לאות המקורי , כי האות שהתקבל במוצא הגלאי דומה מאוד למעטפת אות המידע / מאופנן.

ואם גורם האפנון גדול מ-1 אנו מקבלים תוצאה אינה רצויה שנקראת אפנון יתר.

* שותפי לניסוי הינו עלאא דרויש.

ניסוי 5

השפעת חדות המסנן  על נאמנות השחזור

מבוא :

בניסוי זה אני אבנה מעגל של דגימה ושמירה שבניתי בניסויים 3ו4. את הניסוי יש לבצע בשני שלבים :

1- עם מסנן מעביר נמוכים מסדר ראשון.
. 2- עם מסנן מעביר נמוכים מסדר שני. 

רקע תיאוריטי:

מסנן מעביר נמוכים (Low pass filter) 
זהו מעגל המעביר תדרים נמוכים וחוסם את התדרים הגבוהים. בדרך כלל המימוש של המעגל הוא באמצעות מעגל RC נגד-קבל, או RL נגד סליל, או שילוב של שניהם.
באמצעות המסנן נוכל לדחות הפרעות של תדרים גבוהים, לדוגמא: כאשר אנו מעוניינים להעביר צליל דרך מיקרופון ולחסום רעשים בתדרים גבוהים שאינם רצויים. יתר על כן, ניתן לחסום הרמוניות במעגלי משדר-מקלט באמצעות מסנן זה.

First-order filter 

 מסנן ראשון בסדרה של מסננים – מסנן יותר במדויק. לדוגמא: הוא יקטין את אמפליטודת אות הכניסה בחצי בכל פעם שהתדירות מוכפלת.

Second-order filter 

 מסנן שני בסדרה של מסננים – מפחית את העוצמה של תדירויות גבוהות יותר בתלילות. לדוגמא: הוא יקטין את אמפליטודת אות הכניסה ברבע בכל פעם שהתדירות מוכפלת.

מהלך הניסוי:

בניסוי זה אנו משתמשים באותו מעגל שהשתמשנו בו בניסוי מס' 3 אך החלפתי את רשת מסנן מעביר הנמוכים(במעגל שבנינו עבור הניסויים 3ו4) בפונקציית תמסורת של מסנן בעל תכונות מסוימים.כך שבחרנו מסרגל ה control את האייקון   transfer function block וקבענו את הערכים של מקדמי S כפי שתכננו קודם.

המעגל הרצוי:

גם קבעתי את תדר הדגימה שיהיה שווה ל: 12K

פונקציית התמסורת של מסנן מסדר  ראשון:

פונקציית התמסורת של מסנן מסדר שני:

תוצאות:

תוצאת שלב ראשון (מסנן מעביר נמוכים מסדר ראשון ):

תוצאת שלב שני (מסנן מעביר נמוכים מסדר שני ) :

מסקנות:

עבור מסננן מעביר נמוכים מסדר ראשון קיבלנו אות משוחזר בצורה מקובלת יחסית לאות המשודר(הירוק בגרף), במקביל יש לנו אות משוחזר בעזרת מסנן מעביר נמוכים מסדר שני,שחזור אות זה הינו נחשב לשחזור איכותי ,כיוון שהאות המשוחזר זהה לאות שבמבוא המשדר.

מכאן ניתן להסיק בוודאות שחדות המסנן משפיעה על נאמנות השחזור.

ניסוי 4

השפעת תדר הדגימה על נאמנות שחזור האות שבמבוא המשדר

מבוא : ~תדר נייקוויסט~

בתורת הדגימה, תדר נייקוויסט (על שם הארי נייקוויסט, מהתורמים הראשיים לתורת האינפורמציה) הוא התדר המקסימלי שניתן לשחזור כאשר דוגמים מידע אנלוגי בקצב דגימה נתון.

על פי משפט הדגימה של נייקוויסט-שאנון, כאשר דוגמים אות אנלוגי בתדר דגימה מסוים f, האות הדגום ייצג נאמנה את האות הנדגם ויאפשר שחזור מדויק שלהם, עבור תדרים שהם לכל היותר f/2. אם האות הנדגם מכיל תדרים גבוהים מתדר נייקוויסט, תתרחשנה טעויות דגימה, ובאות הדגום יופיע בטעות בתדרים נמוכים מידע שהיה במקור בתדרים גבוהים.

על מנת לאפשר שחזור מדויק של אות שנדגם בתדר דגימה המינימלי הנדרש כדי שתדר נייקוויסט ישתווה לתדר המקסימלי של האות הדגום, יש צורך בשימוש במסנן אידאלי אשר איננו ניתן למימוש מעשי. על כן, נהוג לדגום אותות בקצב גבוה מהנדרש על פי תדר נייקוויסט.

בניסוי הזה אנחנו בודקים את נאמנות השחזור בשלושה תחומים של תדרי דגימה :

 1.   תדר דגימה שווה לתדר נייקוסט.

2.   תדר דגימה קטן מתדר נייקוסט .

3.   תדר דגימה גדול מתדר נייקוסט .

מהלך הניסוי:-

בניסוי זה השתמשתי באותו מעגל שבניתי בניסוי השלישי, אבל משנים רק את ערך תדר הדגימה Fs :-

בדיקות ותוצאות:-

5khz:

9khz:

10khz:

12khz:

15khz:

20khz:

50khz:

100khz:

מסקנות :- 

1-     תדר קטן מתדר ניקויסט:-

האות המשוחזר במוצא המקלט אינו זהה לאות  שבמבוא המשדר,כיוון שלא עושים מספיק דגימות במחזור שלם של אות המידע.

2-     תדר שווה בדיוק לתדר ניקויסט:-

האות המשוחזר שבמוצא המקלט דומה לאות שבמבוא המשדר,ערכי האות קצת שונים מערכי האות המקורי ועוד יש הפרשי זמן בולטים בין שניהם.

3-     תדר גדול מתדר ניקויסט:-

האות המתקבל במוצא המקלט הינו זהה לגמרי לאות המשודר,אבל החסרון של תדר דגימה הגבוה יותר מדי שהוא בזבזני מבחינת רוחב הפס.

על סמך המסקנות הנ"ל אפשר להסיק כי התדר האיכותי לדגימת אות אנלוגי הוא הגדול מעט יותר מכפליים מתדר המידע.

3. דגימה ושמירה

דגימה ושמירה

הכנה לניסוי :-

הגדרה :-

פעולת הדגימה דרושה בכדי להעביר את האות במישור הזמן מרציף לבדיד על ידי ליקוט ערכי האות האנלוגי בנקודות זמן מוגדרות .

- הדגימה דרושה לשם המרת אות אנלוגי רציף בזמן לאות ספרתי בדיד בזמן.

- קצב הדגימה נעשה במרווחי זמן שווים.

* קצב הדגימה נקבע לפי סוג האות שמבקשים לדגום. במקרה שלנו, קצב הדגימה נקבע על פי משפט נייקויסט.

מטרות הניסוי :-

1)    יצירת אות מוגבל – פס , דגימת האות הזה בקצב נייקויסט , סינון באמצעות מעביר  - נמוכים לקבלת האות המשוחזר.

2)    בדיקת השפעת חדות המסנן על נאמנות השחזור.

3)   בדיקת השפעת קצב הדגימה על נאמנות השחזור.

4 ) בניית מערכת תקשורת בעזרת דפקים או דגימות.

שחזור האות:-

על מנת לשחזר את האות בצורה נאמנה אנו משתמשים במסנן מעביר נמוכים שרוחב הפס שלו שווה לרוחב הפס (או תדר המקסימאלי )של אות המידע וזה כי המסנן מעשי כלומר אין לו את היכולת להפריד בין התדרים,בחירת התדר הזה שומר על פס שמירה שמונע את החפיפות בין הרמוניות היסוד וכפולתו וגם מונע את הרעש האי רצוי.

אופיין האות  :- 

Fc = 1 / 2πRC

Fc  = 5KHz

נבחר-:  R = 1KΩ

5K = 1 / 2π*1K*C

C = 31.83  nf

מהלך הניסוי :-

יצירת אות מוגבל פס המדמה אות הדיבור. על מנת לקבל אות  מוגבל פס יש לחבר שלוש מקורות מתח סינוסאוידאליים בתדרים ובעוצמות שונות כמפורט בטבלה :-

מס. מקור	עוצמה V	תדר בKHz	פונקציה
1	5	1
2	3	3
3	1	5
התוצאה	4	5	X1+x2+x3

המעגל שיצרתי במולטיסים:-

במשקף התנודות קיבלתי אות שהתדר המקסימלי שלו שווה לרוחב הפס שלו 5khz :-

ועכשיו מחברים את הספקטרום אנלייזר ומתקבל אות בעל 3 הרמוניות :-

דגימת האות בעזרת מעגל דגימה ושמירה :-

בעזרת מחולל האותות אנו קובעים את תדר הדגימה , כך שהוא כפול רוחב הפס של האות מוגבל פס :-

ואחר כך קבעתי את תדר הדגימה ל – 15 khz ,

וגורם המחזור צריך להיות DC = 10 %. וקובעים את ערך האמפליטודה V 0.5 ו- 0.5 OFFSET   בכדי שנוכל לקבל את האות מעל לציר X כלומר בערכי  0 ו- 1 .

ואז מקבלים אות דגום שמור :-

גילוי האות הדגום :-

כדי לגלות את האות שקיבלתי במוצא המשדר אנו צריכים לבנות מעגל מסנן מעביר נמוכים שמשמש כגלאי לאות המתקבל.

 ומסנן זה מורכב משני רכיבים :- קבל ונגד.

המעגל שיצרתי :-

ובמוצא המעגל אנו צריכים לקבל אות מוחזר , שהוא צריך להיות דומה לאות שהכנסנו למשדר :-

האות הזה דומה לאות המקורי כך שקיבלנו את אותה עוצמה של האות המקורי ושל האות במוצא הגלאי , שגם הוא דומה לאות המקורי מבחינת הציור.