วิชา  ระบบสื่อสารแอนะลอก                                                                                                                          

หน่วยที่  3  ชื่อหน่วย  การมอดูเลตความถี่ (Frequency modulation)                                                        จำนวน  9  คาบ

ใบงานที่  1  ชื่องาน  คุณลักษณะของการมอดูเลตแบบ FM                                                                         จำนวน  3  คาบ

 

จุดประสงค์ทั่วไป

                เพื่อให้เข้าใจการทำงานการมอดูเลตความถี่

 

จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม

1.       คำนวณหา Modulation sensitivity ได้

2.       คำนวณหา Nonlinearity ของ modulator ได้

 

เนื้อหา

                การทำ Frequency modulation

                วงจรที่ใช้ในการทำ Frequency modulation ต้องเปลี่ยนความถี่ของสัญญาณความถี่สูง (Carrier) เป็น Function ของ amplitude ของสัญญาณความถี่ต่ำ (Modulating signal) ในทางปฏิบัติ มี 2 วิธีในการสร้าง FM

·       วิธีตรง  ใช้ออสซิลโลสโคป ต่อกับที่ซึ่งความต้านทานของส่วนประกอบของวงจร resonant ขึ้นอยู่กับแรงดัน Modulating อุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่มีความต้านทานปรับค่าได้คือ Varactor หรือ Varicap ซึ่งเป็น Diode ชนิดที่ความจุดไฟฟ้าแปรผันตาม Function ของแรงดัน Reverse Bias (Varicap จะอธิบายในบทต่อไป) ความถี่ของ Carrier สร้างโดยวงจร AFC (Automatic Frequency Control) หรือ PLL (Phase Locked Loop)

·       วิธีอ้อม  ในกรณีนี้ ได้สัญญาณ FM จาก Phase Modulation หลังจากมีการรวมกับ Modulating signal ใน Phase modulator มีการสร้าง carrier โดย Quartz oscillator ทำให้มีความคงตัวของความถี่มากในวงจรสำหรับแบบฝึกหัด Frequency modulation สร้างขึ้นโดย Hartley Oscillator ซึ่งความถี่ถูกกำหนดโดยความเหนี่ยวนำคงตัว และตัวเก็บประจุ (ปรับค่าได้) จาก Varicap diode

Varicap diode

Varicap (หรือ Varactor) คือ  Diode ซึ่งมีความจุไฟฟ้าขึ้นอยู่กับแรงดัน Reverse Bias สัญญลักษณ์และ วงจรสมมูลของ Varicap diode แสดงในรูป 1.1 โดย

·       C_j  =  ความจุไฟฟ้าของหัวต่อ

·       R_s  =  ตัวต้านทานต่ออนุกรม (มีค่าลดลงเมื่อแรงดัน reverse เพิ่มขึ้น)

C_j  ขึ้นกับแรงดัน reverse V_R ที่ให้กับ diode ตามความสัมพันธ์ต่อไปนี้

                        C_j  =  C_o

                                                (1+V_R/V_D)h

-91-

                                โดย         V_R  =  แรงดัน Reverse ที่ให้กับ Varicap

                                                C_o   =  ความจุไฟฟ้าของหัวต่อสำหรับ VR = 0

                                                V_D  =  ศักย์ไฟฟ้าที่หัวต่อ (0.6 V ใน  silicon diode)

                                                   n  =  ขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิต มีค่าอยู่ระหว่าง 0.3 ถึง 0.6 โดยประมาณ              

                                Factor of merit Q ของ diode = 1/(w*C_j*R_s  รูป 1.2  แสดง curve ระหว่าง "capacity/V_R"และ "merit factor/V_R" ของ Varicap diode MVAM115) ที่ใช้ใน FM modulator

 

 

รูป 1.1  สัญลักษณ์ และ วงจรสมมูลของ Varicap diode

 

 

รูป 1.2  curve ลักษณะเฉพาะของ Varicap diode

    

 

 

 

-92-

รูป 1.3  curve เพื่อการวิเคราะห์

 

                จากการวิเคราหะ Curve สังเกตได้ว่ามีบางส่วนไม่เป็นเชิงเส้น

                พิจารณาให้ Modulator ทำงานในช่วง 700-1300 kHz.  โดยมีความถี่กลางที่ 1000 kHz. จากการวิเคราะห์ Curve  ในรูป 1.3  สามารถคำนวณ Modulation sensitivity และ non linearity  ของ modulator ได้

                นิยามของ modulation sensitivity คือ

                                               

                                                S  =

 

                                โดย F(v) คือ Instamtameous frequency function ของแรงดัน modulating v สามารถเขียนสมการใหม่ได้เป็น

                                                S  =

 

                                                จากรูป 1.3  ความถี่กลาง = 1000 Hz จะได้

                                D F = 50 kHz                      v  »  125 mV                       So = 50/125 = 0.4 kHz/mV

                Non linearity  N.L. ของ modulator  นิยามเป็นเปอร์เซนต์ที่เลื่อนออกจากค่า So ที่ความถี่กลาง

 

-93-

                                                N.L.  =

 

 

                linearity สามารถนำมาเขียน ตามรูป 4.6  พิจารณาที่จุดรอบ ๆ 1300 kHz คำนวณได้ดังนี้

                                D F' = 50 kHz                     v'  =  175 mV

                                โดย

                                                S'      =  50/175  »  0.29 kHz/mV

                                                N.L.  =  0.4 - 0.29 * 100  =  27.5 %

                                                                          0.4

 

 

เครื่องมือและอุปกรณ์

                1.  แผงทดลองหมายเลข T10A                                                           1  แผง

                2.  แหล่งจ่ายไฟ    ± 12Vdc                                                                1  เครื่อง

                3.  ออสซิโลสโคป                                                                                 1  เครื่อง

                4.  สายต่อวงจร                                                                                     10  เส้น

 

 

ลำดับการทดลอง

1.       จ่ายไฟ  ± 12 V.  ให้แผงทดลอง  T10A

2.       ต่อออสซิโลสโคป ที่จุด  RF/FM OUT (19)  ของภาค VCO 1

3.       VCO 1   ·  ปรับปุ่ม  LEVEL  =  2 Vp-p

        ·  ปรับสวิทช์ไปที่  1500kHz.  ปรับปุ่ม FREQ. ให้ความถี่น้อยที่สุด