Demoduláció
Tartalomjegyzék
Demoduláció
A venni kívánt adóállomás RF jelét a vevőkészülék a további feldolgozáshoz megfelelő szintre erősíti, majd demodulálja, azaz visszanyeri az alapsávi moduláló jelet.
AM demodulátorok
Burkoló demodulátor
A hangolt nagyfrekvenciás erősítő fokozat által a megfelelő feszültségszintre erősített, modulált rádiófrekvenciás jel a demodulátor áramkörre kerül. A demodulátor feladata a modulált rádiófrekvenciás jelből visszanyerni a moduláló alapsávi jelet. Az AM-DSB jel egyszerű, diódás demodulátor áramkörrel demodulálható (1. ábra).
(Az uAM kétoldalsávos amplitúdómodulált jelet szolgáltató generátor rajzjelében a három hullámvonal a generátor nagyfrekvenciás, rádiófrekvenciás jellegére utal. A hangfrekvenciás generátort két hullámvonallal, a hálózati frekvenciát szolgáltató generátort egy hullámvonallal szokás jelölni.)
Ha C kondenzátor nem lenne az áramkörben, a dióda a bemenetre adott AM-DSB jel pozitív félperiódusaiban nyitna, ekkor a kimeneten a dióda nyitófeszültségével (ilyen célra germánium diódát szokás alkalmazni, melynek nyitófeszültsége csak 0,1 - 0,2V) csökkentett bemenő feszültség jelenne meg, míg a negatív félperiódusokban a dióda lezár, és ezekben az időszakokban a kimenő feszültség 0 lenne. Az ennek megfelelő kimenő jelalakot láthatjuk a középső grafikonon.
A C kondenzátor azonban a dióda nyitott állapotában feltöltődik, és (amennyiben RC időállandó helyesen van beállítva), a dióda lezárt állapotában csak csekély mértékben sül ki. Így „u” kimenő feszültség jó közelítéssel követi az AM-DSB jel burkolójának alakját, amely maga a demodulált alapsávi jel (alsó ábra).
Az ilyen rendszerű demodulátort burkoló demodulátornak nevezik.
Szorzó demodulátor (produkt detektor)
Az amplitúdómodulált jel spektrumának számításakor láttuk, hogy két (fv és fm frekvenciájú szinuszos jel összeszorzásának eredményeként megjelenik egy összegfrekvenciás (fv + fm) és egy különbségi frekvenciás (fv - fm) jelkomponens. Így alakult ki az AM-DSB jel két oldalfrekvenciája.
Ha most a vétel helyén előállítjuk a vivőfrekvenciás jelet [Uv cos ωvt], és azt alkalmas áramkörrel a beérkező AM-DSB [uam = Uv cos ωvt + ½ Um cos(ωv + ωm)t + ½ Um cos(ωv - ωm)t] jellel összeszorozzuk, a következő jelkomponenseket kapjuk:
- az Uv cos ωvt és Uv cos ωvt jelek szorzatából egy ωv-ωv = 0 körfrekvenciás jelet, azaz egyenfeszültséget, valamint egy ωv+ωv = 2ωv körfrekvenciás jelet,
- az Uv cos ωvt és ½ Um cos(ωv + ωm)t jelek szorzatából egy ωv + ωv + ωm = 2ωv + ωm és egy ωv - ωv + ωm = ωm körfrekvenciájú jelet, utóbbinak amplitudója ½UvUm,
- az Uv cos ωvt és ½ Um cos(ωv - ωm)t jelek szorzatából egy ωv + ωv - ωm = 2ωv - ωm és egy ωv - ωv - -ωm = ωm körfrekvenciájú jelet (mivel cos -ωm = cos +ωm), utóbbinak amplitudója szintén ½UvUm.
Ha ezeket a jeleket egy aluláteresztő szűrőn vezetjük át, amely a vivőfrekvencia környékén már nem engedi át a jeleket, annak kimenetén csak az egyenfeszültséget és (erre az egyenfeszültségre szuperponált) UvUm amplitudójú, ωm körfrekvenciájú jelet, azaz magát a moduláló jelet kapjuk vissza (ld. 2. ábra, az ábrán Uv = 1V, az aluláteresztő szűrő frekvenciamenetét A görbe mutatja).
FM demodulátorok
Amplitúdódiszkriminátor (meredekségdetektor)
A 3. a ábra szerinti kapcsolásban a KF erősítő utolsó tranzisztorának kollektorkörében lévő, középfrekvenciára hangolt rezgőkörrel két rezgőkör van csatolásban. A 2. rezgőkör a KF-nél valamivel kisebb f2 frekvenciára, a 3. rezgőkör a KF-nél ugyanennyivel nagyobb f3 frekvenciára van hangolva (3.b. ábra).
Mindkét rezgőkörhöz egy-egy burkoló demodulátor tartozik, melyek u2 és u3 kimenő feszültsége egymással szembe kapcsolódik, így az amplitódódiszkriminátor kimenő feszültsége e két feszültség különbsége:
uki = u2 – u3
Mint a 3.b. ábrán látható, ha modulálatlan jel érkezik, melynek frekvenciája pontosan megegyezik a középfrekvenciával, mindkét rezgőkör feszültsége ugyanakkora lesz, tehát különbségük (amelyet a 4. görbe mutat), 0.
Ha az FM jel pillanatnyi frekvenciája a KF-nél kisebb, az a 2. rezgőkör rezonanciafrekvenciájához közelebb esik, ezért azon nagyobb feszültség keletkezik, míg a 3. rezgőkörön (melynek rezonanciafrekvenciájától a bemenő jel frekvenciája távolabb került) a feszültség kisebb, így uki = u2 – u3 pozitív értékű lesz.
Amikor a jel pillanatnyi frekvenciája a KF-nél nagyobb, az a 3. rezgőkör rezonanciafrekvenciájához esik közelebb, így azon nagyobb lesz a feszültség, mint a 2. rezgőkörön, melynek rezonanciafrekvenciája most távolabb esik, így uki = u2 – u3 értéke negatív lesz.
A 3.b. ábra 4. görbéjén láthatjuk, hogy uki kimenő feszültség (az f01 és f02 közötti frekvenciatartományban) a bemenő jel frekvenciájának a függvénye, tehát a frekvenciaváltozást így a kimenő jel amplitúdójának változásává alakítottuk, az FM jelet demoduláltuk.
Fázisdiszkriminátor (Foster-Seely diszkriminátor)
A fázisdiszkriminátor (4.a. ábra) az utolsó KF tranzisztor kollektorkörében lévő I. rezgőkör és a vele csatolásban lévő II. rezgőkör jeleinek felhasználásával végzi az FM demodulációt.
Az I. és II. rezgőkör egyaránt a középfrekvenciára van hangolva. A II. rezgőkör villamos felezési pontja Ccs csatolókondenzátoron keresztül az I. rezgőkör UI. feszültségére kapcsolódik. A kapcsolás nagyfrekvenciás része tehát egy két hangolt körös sávszűrő, amelynél a két szekunder féltekercs feszültségéhez még a primer feszültség is hozzáadódik.
A kapcsolás működése azon a tényen alapszik, hogy a sávszűrő két csatolt rezgőkörének feszültsége között fáziseltolás mutatkozik. A fázistolás mértéke frekvenciafüggő, a rezonanciafrekvencián pontosan 90 fok.
Így a felső, illetve alsó szekunder féltekercs végpontjain a 4.b. ábra vektordiagramjai szerinti feszültségek keletkeznek. E feszültségeket detektáló burkoló demodulátorok u2 és u3 kimenő feszültsége (ugyanúgy, mint az amplitúdódiszkriminátornál) egymással szembe kapcsolódik, így uki feszültség a két feszültség különbsége: uki = u2 – u3
Rezonanciafrekvencián (tehát amikor nincs frekvenciamoduláció), a fázistolás 90 fok, így u2 és u3 feszültség megegyezik, a kimenő feszültség 0. A rezonanciafrekvenciától különböző frekvencián a primer és szekunder feszültség fáziskülönbsége változik, és – mint a 4.b. vektorábrán láthatjuk – u2 és u3 értéke is különböző lesz; különbségük adja a fázisdiszkriminátor kimenő feszültségét.
