// ניסוי מספר 7 //

~<<|| אפנון תדר ||>>~

- ניסוי מעשי –

~ בנייה והפעלה של אפנן FM ~

מטרת הניסוי:~

                            יצור אות מאופנן תדר בעזרת VCO מתנד מבוקר מתח.

רקע תיאורטי:~

אפנון תדר (באנגלית: Frequency Modulation; ובקיצור: FM ), הוא שיטת אפנון שבה מידע מיוצג באמצעות שינויים בתדר של הגל הנושא. (בהשוואה ל-AM שבו המשרעת של הגל הנושא משתנה והתדר נשאר קבוע).

בגלל שינויי התדר, השימוש ב-FM דורש רוחב סרט גדול יותר לעומת ה-AM. עם זאת, משום שהרעשים בדרך-כלל פוגעים במשרעת של הגל ולא בתדר שלו, לא חלה פגיעה בייצוג של האות המקורי. לפיכך מקלטי FM חסינים יותר להפרעות, ולשינויים בעצמת (משרעת) האות הנקלט. תוצאה נוספת של תכונה זו היא שמקלטי FM מסוגלים לקלוט בבירור את האות החזק מבין שתי תחנות המשדרות באותו תדר (תופעה הנקראת "תופעת הלכידה").

ביישומים אנלוגיים, תדר האות הנושא משתנה בתלות בשינויים בעוצמת אות המידע. ביישומים דיגיטליים ניתן לקבוע את תדר האות הנושא לכל תדר מקבוצה מסוימת של תדרים בתלות באות המידע (שיטה הידועה כ- Frequency-Shift keying או בקיצור FSK; בעברית: מפתוח זיוות תדר).

                                        בירוק - הגל הנושא, באדום - אות המידע, ובכחול - תוצאת האפנון

אופן הפעולה

ברצוננו לשמור מידע מסוים, אשר נקרא אות המידע, בצורה שונה (ראו ערך אפנון להסבר על הסיבות בגללן נחוץ שינוי מעין זה ועל שינויים אפשריים אחרים). בשרטוט, אות המידע הוא האות האדום, גודלו בכל נקודה הוא המידע אותו נרצה לשמור. האות הנושא (הירוק) הוא אות מחזורי בעל תדר גבוה. אפנון תדר הוא הוספת גודל אות המידע (מוכפל בקבוע ידוע) לתדר האות הנושא. כפי שניתן לראות בשרטוט, האות המאופנן (הכחול) אינו מחזורי ומהירות השינוי שלו (קרי התדר הרגעי) משתנה - לפעמים השינויים מהירים ולעתים איטיים. ניתן לראות כי האזורים שבהם האות המאופנן משתנה במהירות, הם האזורים שבהם אות המידע הוא בעל ערכים גבוהים - ולהפך. כשנרצה לשחזר את האות המקורי, נמדוד את מהירות השינוי של האות המאופנן ונחסיר ממנה את התדר המקורי (הידוע) של האות הנושא ונקבל את גודל אות המידע. כל תחנה מקבלת תחום תדרים משלה ובתוך תחום זה היא משנה את התדרים. תחום התדרים הזה הוא קטן בהרבה מהתדר עצמו ולכן עדיין אפשר לברור בין תחנות.

ייצוג מתמטי

מהלך הניסוי  ~:

הניסוי שלנו מורכב משלושה חלקים .

חלק ראשון :- " חיבור אות מאפנן (מידע)ספרתי במבוא האפנן. "

• נכוון את ההגבר של ה - VCO. לכיוון השעה 2.
• נכוון את תדר ה - VCO. לכיוון שעה12  .

• נהזז את המפסק למצב  LO.

• נחבר את  מוצא ה- VCO  ל- CH1 .

• נכוון את סקלת הזמן של משקף התנודות )סילסקופ( ל 20 μSEC למשבצת.

• נשנה את כיוון תדר ה VCO כך שתציג מחזור אחד בלבד על מסך המשקף תנודות

התוצאה שהתקבלה :-

• נכוון את סקלת הזמן ש משקף התנודות לערך של 0.2 MSEC למשבצת .

התוצאה שהתקבלה :-

• נחבר גם את מבוא ה- VCO לאות דיגטלי השווה ל-   KHZ2

התוצאה שהתקבלה :-

• נשווה בין אות המוצא של VCO לבין אות הכניסה של ה VCO.

אות הכניסה של ה – VCO.

אות המוצא של ה – VCO.

השילוב בין אות המבוא לבין אות המוצא של ה- VCO .

אנו רואים שתדר האות המאופנן משתנה בהתאם לשינויי רמת אות המידע , כך שכאשר רמת אות המידע גבוה תדר האות המאופנן יהיה הקטן וכאשר רמת אות המידע תהיה גדולה אזי מתאים לה תדר קטן וזה בעצם מה שאנו רואים התוצאה

:::} שאלות :-

1.    כמה סינוסים קבלת במוצא ה vco?
    במוצא ה- VCO ישנם אינסוף סינוסים .

2.    מה סינוסים אלה יש להם תדרים שונים ?
    ישנם אינםוף תדרים בגלל שיש בכל רגע ורגע עוצמה שונה לסינוסים אזי גם כן יש תדרים שונים להם , ובגלל שיש איסוף סינוסים אז יש אין סוף תדרים .

3.    מדוד את זמן המחזור של התדר הנמוך באות המאופנן ?
      בכל מחזור יש 3 משבצות ,כל משבצת שווה ל-MSEC0.1 .

Tmax=0.3msec

4.    מדוד את זמן המחזור של התדר הגבוה באות המאופנן?
בכל מחזור יש 0.5 משבצת, כל משבצת שווה ל-MSEC0.1
Tmin=0.05msec

5.    חשב את התדרים הנ''ל ?

Fmin = 1/ Fmax =1/0.3m = 3.333kHz

Fmax = 1/Fmin = 1/0.05m = 20kHz

חלק שני :- " יצירת אות מאופנן FM בעזרת אות דיבור " .

• נכוון את סקלת הזמן למשקף התנודות ל 2.2 mSEC למשבצת.
• ננתק את האות המלבני מכניסת ה VCO ונחבר במקומו יצאת המיקרופון ונחבר אותה ל- CH1
• נחבר את מוצא ה- VCO ל- CH2 .

• נדבר במיקרופון ונצפה במסך של  משקף התנודות.

התוצאות :-

חלק שלישי :- "יצירת אות מאופנן FM בעזרת אות סינוסאוידאלי".

• ננתק את מבוא ה VCO מייצאת המיקרופון ונחבר במקומה אות סינוס KHZ 2 .
• נשנה באטיות את הגבר ה VCO לנגד כיוון השעה .

התוצאות שקיבלנו :-

חישוב סטיית התדר :~