Amplitude-modulatie
Principe van de amplitudemodulatie
AM
Servers » TechTalk » Historisch perspectief » Audio » Radio » AM » Diodemodulatie

Principe van de amplitudemodulatie door een diode die voor een vermenigvuldiging zorgt (modulatie)
-

-

Index modulatie
Amplitude- frekwentie- en fasemodulatie
Modulatoren en zenders


Draaggolf, audiosignaal en gemoduleerde draaggolf


Diode-caracteristiek
met als abscis de spanning U
en als ordinaat de stroom I

De output is een stroom
In een transistor kan de stroom
versterkt worden


Modulatie door middel van een diode
Het kan maar zo eenvoudig zijn...

De bedoeling van de modulatie is het signaal dat we willen overbrengen "in te pakken" in een draaggolf. De draaggolf zorgt ervoor dat het signaal over een afstand verstuurd kan worden zonder teveel vervorming. Modulatie zal je overal terugvinden: radio, televisie, GSM,...: door een aparte draaggolf (andere frekwentie) te gebruiken voor ieder signaal die we willen overbrengen kunnen we achteraf de verschillende signalen uit elkaar halen.

Men zou de draaggolf kunnen vergelijken met een trein, terwijl de passagiers de informatie is die we willen overbrengen. Eenmaal op bestemming aangekomen stappen de passagiers uit de trein. Het instappen en uitstappen heet moduleren en demoduleren.

Een van de meest voorkomende modulatiemethodes is de amplitude-modulatie. De eerste radio-uitzendingen gebeurden met AM modulatie omdat het een eenvoudig systeem is (zowel bij het moduleren en demoduleren). AM wordt daarom nog altijd voorzien als back up op schepen en vliegtuigen.

Tegenwoordig zijn er niet meer zoveel zenders op de middengolf of lange golf (de radio-banden die voor AM gebruikt worden), maar AM wordt nog gebruikt als deel van een meer complexe modulatietechniek, zoals QAM (quadrature amplitude modulation) waarbij zowel de fase als de amplitude van het signaal gewijzigd wordt. Daardoor kan men meer informatie overbrengen dan met AM of met fase modulatie alléén.

We hebben dus twee signalen die we willen samenvoegen: bijvoorbeeld een audiosignaal (20 tot 5000Hz) en een draaggolf (bijvoorbeeld 1MHz). We kunnen ze niet superponeren (bij elkaar optellen), we moeten ze met elkaar vermenigvuldigen, zodat de amplitude van het audiosignaal de amplitude van de draaggolf beinvloedt. Hoe kunnen we dat doen? Door een component te gebruiken die een niet-lineaire karakteristiek heeft zoals een diode.

Modulatie door middel van een diode

Hoe werkt een diode? We tekenen daarvoor zijn caracteristieke curve. Bij een lage aangelegde spanning (bijvoorbeeld 0.4V) geleid de diode bijna niet. De diode gedraagt zich eigenlijk als een hoogohmige weerstand. Bij een hoge spanning (bijvoorbeeld 0.7V) geleid de diode sterk, de "weerstand" van de diode is gedaald.

Van dit effekt gaan we gebruik maken om de draaggolf te moduleren. We plaatsen eerst het audiosignaal op de diode via een weerstand (paarse lijn). Door een correcte polarisatie varieert het audiosignaal van 0.4V tot 0.7V. In een tabel geven we de spanning en de bijhorende stroom aan en berekenen we de weerstand van de diode.

SpanningStroomWeerstand
0.4V (audiosignaal negatief)0.1mA4kΩ
0.7V (audiosignaal positief)0.5mA1.4kΩ

We gaan nu de draaggolf van 1MHz bijvoegen (groene lijn). De amplitude van de draaggolf over de diode heeft bijvoorbeeld een amplitude van 0.1V. Bij een signaalspanning van 0.4V komt er dus 0.1V bij tot 0.5V, bij een signaalspanning van 0.7V komt er ook 0.1V bij, tot 0.8V.

Bij een draaggolf van 0.1V veranderd de stroom van 0.1mA tot 0.2mA als de signaalspanning 0.4V bedraagt en van 0.5mA tot 1mA bij een signaalspanning van 0.7V.

Spanning
Minimum
Spanning
Maximum
Stroom
Minimum
Stroom
Maximum
Dynamische
weerstand
0.4V0.5V0.1mA0.2mA1kΩ
0.7V0.8V0.5mA1.0mA200Ω
Modulatie draaggolf 0.1V

Het verschil tussen minimum en maximum-waarde van de spanning wordt veroorzaakt door de RF modulatie die we op de signaalspanning superponeren. Het verschil in stroom kan men moeilijk gebruiken in praktische schakelingen, maar men kan wel het verschil in dynamische weerstand gebruiken (het stroomverschil zal men echer wel gebruiken bij transistorschakelingen). De dynamische weerstand van de diode bepaald hoe sterk de draaggolf zal verzwakt worden.

Veronderstel dat de groene weerstand 1kΩ bedraagt. Bij een lage audiospanning wordt de draaggolf dus ongeveer tot 50% gereduceerd (1kΩ / 1kΩ), bij een hoge audiospanning wordt de draaggolf tot ongeveer 20% gereduceerd (1kΩ / 200Ω).

De draaggolf wordt dus min of meer gereduceerd naargelang het audiosignaal, de diode gedraagt zich als een regelbare weerstand waarvan de loper verloopt naargelang de audio.

Nog een stukje theorie: de amplitudemodulatie komt overeen met een vermenigvuldiging van twee signalen, dit is te zien op het grafiek boven rechts. Een diode heeft een logaritmisch karakter (U/I curve). Als men echter twee logaritmen met elkaar optelt, dan bekomt men een vermenigvuldiging. De aanwezigheid van een diode zet de superpositie van twee signalen (optelling) om in een vermenigvuldiging (modulatie). De diode veroorzaakt nog andere ongewenste mengprodukten die weggefilterd moeten worden met bandpass filters.

De diode-modulator wordt enkel in specifieke toepassingen gebruikt: er ontstaat een sterke vervorming (kruismodulatie die harmonischen veroorzaken) en een groot deel van het vermogen gaat verloren. Op het einde van de pagina staan er twee toepassingen van een diodemodulator.

Lees verder over de realisatie van een AM zender.

Twee toepassingen van een diode mengtrap.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's