วิชา  ระบบสื่อสารแอนะลอก                                                                                                                          

หน่วยที่  4  ชื่อหน่วย  การมอดูเลตเฟส                                                                                                          จำนวน  6  คาบ

ใบงานที่  1  ชื่องาน  การมอดูเลตแบบ PM                                                                                                     จำนวน  2  คาบ

 

จุดประสงค์ทั่วไป

                เพื่อให้ศึกษาการทำงานของการมอดูเลตแบบ PM

 

จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม

1.       อธิบายการมอดูเลตเฟสได้

 

เนื้อหา

                                พิจารณาสัญญาณความถี่ต่ำและสัญญาณ sine wave V_m(t) ที่มี pulse W

                Vc (t) = A.Sin[W × t + q(t)] = A×sin[F(t)]

                สัญญาณ V_m(t)  เรียกว่า modulating signal, V_C(t) ถูกเรียกว่า carrier signal phase modulation ทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงค่า  F (t), ดังนั้น phase จะมีค่าแปรผันตาม amplitude  ของ modulating signal V_m(t) จะได้ว่า

                q(t)        =             qo + K.V_m(t)

 

                                เมื่อ   K  คือ            sensibility ของ modulation

                นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของสัญญาณ phase modulated signal

 

                พิจารณาที่เริ่มต้น phase q_o = 0 จะได้             

                                F (t)  =  W  × t + K . V_m(t)

                เฟส modulated signal V_m(t)  จะได้

                                Vm(t)  =  A . sin [W × t + K . V_m(t)]

 

                Pulse  ในขณะใดขณะหนึ่ง ของสัญญาณที่ถูก modulate ในแบบเฟส หาได้จาก f (t) เปรียบเทียบกับเวลา

dt

                                W(t) = W + K . dVm(t)

 

 

 

 

-132-

 

รูป 1.1       a)  carrier signal.   b)  modulating signal,   c)  frequency modulated signal,  

d)      phase modulated signal

ความถี่ของสัญญาณ phase modutated คือ

               

F(t)  =            =          +         *

                               

                สังเกตได้ว่า F(t)  แปรผันตามอนุพันธ์ของ modulating signal ในกรณีของ sin modulating singal ที่เป็นคลื่นรูซซายม์จะได้    ^Vm(t)  =  B* sin(w * t)  และความสัมพันธ์สุดท้าย คือ

 

                                f(t)  =  W * t + K *B sin(w *t)

cos(w * t) = f + k * b * f * cos(w * t)

                                ^Vm(t)  =  A*sin[W * t + K + B * sin(w * t)

                                F(t)   =            +      *      *         *

 

-133-

                จากสมการที่ผ่านมาจะได้การเลื่อนของความถี่   DF  ของสัญญาณ phase modulated

                                DF  =  K * B * f

                ขึ้นอยู่กับ amplitude (K x B) และความถี่ของ modulating signal

 

   จากรูป 1.1  แสดง wave form ของ carrier, modulating signal, frequence และ phased modulated signal

 

                Phase modulator

                                Diagram ของ phase mudulator แสดงในรูป 1.2  คือ amplifier ที่มี resonant load โดยที่ ความถี่ resonance เปลี่ยนแปลง และมี Varicap diode โดย modulating signal รูป 1.3  แสดงผลตอบแทนของ amplitude และ phase ของวงจร รีโซเนนต์ สังเกตผลตอบของ phase ถ้าวงจรถูกปรับเป็นความถี่ input ผลของสัญญาณ output จะมี phase เดียวกับสัญญาณ input เพื่อป้อนอินพุทเดียวทางในทางตรงกันข้าม phase จะนำหน้าหรือล้าหลัง โดยกาปรับความถี่ รีโซแนนต์ของวงจร คุณสามารถหาเฟสที่เปลี่ยนไปของสัญญาณอินพุท (carrier) และสัญญาณเอาท์พุท (phase modulated signal) ที่จุดความถี่ resonance มากที่สุด phase ที่เลื่อนไป   Dq  ที่ได้จาก phase modulator   มีค่าต่ำมาก (เป็นเศษส่วนของ เรเนียน) การเพิ่มขึ้นของ  Dq  ทำให้ความถี่ของ modulated signal มีค่าทวีคูณ (รูป 1.4)  phase ที่เลื่อนไปมีค่าเท่ากับ N เท่าของค่าเริ่มต้น

                Dq_N  =  N * Dq

 

 

รูป  1.2   diagram ของ phase modulator

-134-

 

รูป 1.3  ผลตอบ amplitude และ phase ของวงจรรีโซแนนท์

 

 

 

 

รูป 1.4  Phase modulator ที่มี frequency multiplier

 

 

-135-

เครื่องมือและอุปกรณ์

                1.    แหล่งจ่ายไฟ     ± 12 Vdc                                                                          1  ชุด

2.       ออสซิลโลสโคป                                                                                          1  เครื่อง

3.       เครื่องวัดความถี่                                                                                           1  เครื่อง

4.       แผงทดลอง T10A, T10D                                                                           1ชุด

 

ลำดับการทดลอง

                       การปรับเทียบ modulator

1.       ต่อ RF OUT ของ T10A (จุดที่ 19) กับ RF IN ของ T10D (จุดที่ 1) จ่ายแรงดัน  ± 12 V.  ให้กับ ชุดทดลอง T10A  และตั้งค่า VCO1  ดังต่อไปนี้

LEVEL  ประมาณ  2 Vpp ;

ปรับ switch ไปที่ 500 kHZ ;

ความถี่ประมาณ  450 kHz

2.       ต่อ ออสซิลโลสโคป (probe 10:1) กับ อินพุท และ เอาท์พุท ของ modulator (จุดที่ 1 และ 4) และ synchronise กับสัญญาณ อินพุท หมุน trimmer RV จนกระทั่งสัญญาณ output มีค่ามากที่สุด ในสภาวะนี้วงจร รีโซแนนท์ อยู่ตรงกลางของความถี่ carrier (450 kHz) ตรวจสอบว่าสัญญาณ เอาท์พุทมีเฟสเลื่อนไป ประมาณ 90° เมื่อเปรียบเทียบกับ อินพุท

3.       หมุน trimmer เพื่อจ่ายแรงดันต่าง ๆ ให้กับ Varicap ของวงจร รีโซแนนท์ ในกรณีนี้เป็นการ simulate modulating signal ตรวจสอบเฟส เอาท์พุท ที่เปลี่ยนแปลงไปสอดคล้องกับอินพุท

 

รูปคลื่นของสัญญาณ

4.       ตั้งค่าต่าง ๆ เหมือนแบบฝึกหัดที่แล้วนอกจากนี้ต่อสัญญาณ sine wave ความถี่ประมาณ 1 kHz ให้กับ MOD IN ของชุดทดลองรุ่น T10D (ต่อจุดที่ 6 ของ T10A ไปที่จุดที่ 2 ของ T10D)

5.       ต่อ ออสซิลโลสโคป (probe 10 :1) กับอินพุทของ modulator ( จุดที่ 1 และ 4) และให้ synchronise กับสัญญาณ อินพุท

6.       ค่อย ๆ เพิ่มขนาดของสัญญาณ modulating ถ้า modulator ถูกปรับเป็นความถี่ carrier ที่ออสซิลโลสโคปจะได้รูปคลื่น ตามรูป 1.6 (ปรับ RV ให้ได้ wavefrom ตามนี้

ของสัญญาณ frequency modulated โดยที่ trace จะเคลื่อนที่จากขวาไปซ้าย การเปลี่ยนแปลง ขนาดของ phase modulated มีสาเหตุมาจากการเปลี่ยนแปลงของ modulated signal ที่ใช้เป็น modulator

8.       ปรับ VR (หมายความว่าความถี่กลางของวงจร รีโซแนนท์ เปลี่ยนแปลงไป) และทดสอบว่า รูปคลื่นเอาท์พุทของ modulator เปลี่ยนแปลงไปอย่างไร อธิบายเหตุผล ปรับ modulator อีกครั้ง (ผ่าน RV) เป็นความถี่ carrier

-136-

9.      
การเปลี่ยนแปลง amplitude ของสัญญาณ modulated ถูกกำจัดได้โดยการใช้วงจร limiter ดังนั้นต่อวงจรตามรูป 1.6  การเปลี่ยนแปลง amplitude (ระหว่าง จุดที่ 6 และ 7) ที่เอาท์พุทของ limiter จะหายไป

รูป  1.5

 

รูป 1.6