Mengtrappen
Modulatoren voor radio en digitale technieken
Modulatoren
Root server » TechTalk » Historisch perspectief » Audio » Radio » AM » Modulatoren I
Een mengtrap is een electronische basisschakeling. Eenzelfde schakeling kan gebruikt worden om signalen te mengen (bijvoorbeeld in een radiozender), maar ook om signalen te detecteren (in een ontvanger). Deel I gaat over discrete modulatoren (enkele diode en ringmodulator).
-

-

Mengtrappen worden in verschillende schakelingen gebruikt. Met eenzelfde schakeling kan een audiosignaal aan een draaggolf gevoegd worden, maar men kan ook het audiosignaal detecteren.

Index modulatie
Amplitude- frekwentie- en fasemodulatie
Modulatoren en zenders


Diodemodulatie


Modulatie door de plaatspanning te wijzigen


-30% tot +70% modulatie


Detectie d.m.v een diode (enkelzijdige detectie)


Detectie door een synchrone demodulator

Diodemodulatie

De amplitudemodulatie wordt gebruikt om een signaal (bijvoorbeeld een audiosignaal) te mengen met een draaggolf. Een amplitudemodulatie kan op een eenvoudige manier gerealiseerd worden door de niet-lineaire curve van een diode te gebruiken (zie diodemodulatie).

Rechts een diodemodulator met twee transformatoren om het audiosignaal en de draaggolf bij elkaar op te tellen. De kleine condensator in parallel over de laagfrekwente transfo dient om de transfo te kortsluiten voor de hoogfrekwente signalen. Op punt 1 hebben we het signaal met de twee gesuperponeerde componenten. Op punt 2 wordt het negatieve deel van het signaal weggefilterd door de diode en op punt 3 is het gelijkspanningscomponent verwijderd.

De diodemodulatie heeft een slecht rendement omdat er veel mengprodukten ontstaan, waarbij de nuttige produkten slechts een deel van het geheel uitmaken. Bij bepaalde toepassingen speelt dit geen rol, omdat de storende mengprodukten ver buiten de band valt en niet versterkt worden, in het bijzonder bij radars en satellietverbindingen waar men zeer hoge frekwenties gebruikt. De mengprodukten zitten op nog hogere frekwenties en worden toch niet versterkt. Maar in het algemeen gebruikt men meer efficiente methodes om een signaal te moduleren.

Een mengtrap kan voor twee doelen gebruikt worden, namelijk het mengen van een audio- of datasignaal met een draaggolf (moduleren), maar ook voor het mengen van een hoogfrekwent signaal met het signaal van een lokale oscillator om een lagere (of hogere) frekwentie te bekomen (principe van de superheterodyne). We zullen het hier voornamelijk hebben over de modulatie.

Modulatie door de plaatspanning te wijzigen

De modulatie door de plaatspanning werd gedurende meer dan 50 jaar gebruikt in radiozenders. Het betreft een echte vermenigvuldiger waarbij de draaggolf vermenigvuldigd wordt met het audiosignaal. De voedingsspanning van de eindtrap (of de stuurtrap) wordt gemoduleerd door het audiosignaal.

Een voorbeeld wordt hier gegeven met een zeer lineaire AM zender met transistoren. De schakeling bestaat uit een modulatietrap waar het audiosignaal wordt versterkt, een mengtrap en een eindtrap die in classe C werkt.

Ring modulator

Voor het mengen van digitale signalen gebruikt men een ring modultor die uit 4 diodes bestaat. De ring modulator is eenvoudig en werd oorspronkelijk ontvorpen om gebruikt te worden in modems, maar kan evengoed gebruikt worden voor het mengen van audiosignalen.

De ringmodulator is eigenlijk de symmetrische uitvoering van de diodemodulator (zie hoger). Door de symmetrische uitvoering kunnen ongewenste mengprodukten onderdrukt worden, en in het bijzonder de onpare harmonischen.

De ringmodulator wordt geleverd als kleine hybride schakeling met gepaarde diodes en transfos. Ze worden gespecifieerd voor een bepaalde frekwentieband en vermogen.
  • 1 2 modulerend signaal (audio of datasignaal)
  • 3 4 en 5 6 draaggolf
  • 7 8 uitgang

Zie schakeling rechts:
De draaggolf is alternerend negatief en positief op de rechtse aansluiting (aangegeven met een - en een + in beide schémas).

Als de draaggolf negatief is, dan zijn de diodes D0 in geleiding. Daardoor wordt de + pool van het signaal verbonden met de bovenpool van de uitgang. De uitgang is in fase met het ingangsignaal.

Als de draaggolf positief is, dan zijn de diodes D1 in geleiding. De + pool van het signaal wordt verbonden met de onderpool van de uitgang. De uitgang is nu in tegenfase met de ingang.

Het ingangssignaal is aanwezig aan de uitgang, maar door de draaggolf gemoduleerd: alternerend in fase en in tegenfase op het ritme van de draaggolf.

Deze redenering werkt ook omgekeerd (commutativiteit van de vermenigvuldiging): als het audiosignaal positief is, dan is de draaggolf op de uitgang in fase, als het audiosignaal negatief is, dan is de draaggolf in tegenfase.

Wat zou er gebeuren als er geen audiosignaal is? Dan is er ook niets aan de uitgang: de ring modulator gedraagt zich als een echte vermenigvuldiger.

Deze schakeling wordt gebruikt om signalen met onderdrukte draaggolf te genereren (suppressed carrier). Al de energie van de zender kan gebruikt worden om het signaal door te sturen, want om de draaggolf uit te zenden heeft men energie nodig, maar de draaggolf zelf bevat geen informatie. Een dergelijke modulatie wordt eerder gebruikt voor data-verbindingen (er is geen "stilte" als er data doorgestuurd wordt). Op de KG band (korte golf) wordt eenzelfde modulatie gebruikt, maar hier wordt ook één van de twee zijbanden onderdrukt. Beide zijbanden bevatten immers dezelfde informatie. Dit is dan de SSB (single side band).

De schakeling werkt ook omgekeerd, met de draaggolf aan de ingang links en het signaal op de onderste ingang. Deze configuratie zonder ingangstransfo maakt het mogelijk een gelijkspanning toe te voegen aan het signaal. Het nul-niveau van de ingang kan bijvoorbeeld op 50% ingesteld worden: als de audio-ingang een lagere topspanning heeft, dan is de modulatie ook zwakker, als de audio-ingang een hogere topspanning heeft, dan is de modulatie sterker. De ringmodulator gedraagt zich hier als een zeer lineaire radio-omroep modulator.

Indien men een nulniveau kiest op 30% van de maximale amplitude; dan gaat de modulatie tot 70% (maximaal positief signaal) en -30% (absolute modulatie van 30% maar in tegenfase). Dit wordt weergegeven door de vreemde trapeze: die kan enkel de amplitude tonen, niet de fase van het gemoduleerd signaal.

Om een dergelijk signaal te detecteren kan men niet de omhullende detecteren (diodedetectie zoals in gewone omroepontvangers). Dergelijke ontvangers detecteren de amplitude van het signaal maar houden rekening met de fase. Men moet een synchrone demodulator gebruiken. Dit is eigenlijk opnieuw een ringmodulator, waarop op één van de ingangen de draaggolf aangeboden wordt (meestal door middel van een lokale oscillator die synchroon loopt met de draaggolf), en op de andere ingang het gemoduleerd radiosignaal.

Indien de detectie met een gewone diode zou gebeuren, dan bekomt men een zeer vervormd signaal. Bij een modulatie met onderdrukte draaggolf bekomt men een signaal met de dubbele frekwentie van het oorspronkelijk audiosignaal.

Het eerste skoopbeeld toont de detectie door een enkelvoudige diode (omhullende), terwijl het tweede beeld de demodulatie toont uitgevoerd door een synchrone demodulator die een "sample" neemt bij iedere top van de lokale oscillator.

Modulatie en demodulatie (en nog veel andere funkties) kunnen ook gerealiseerd worden door vermenigvuldigers in IC vorm.

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

-