BIÊN ĐỘ ĐIỀU BIẾN: ĐẶC ĐIỂM VÀ CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG - VẬT LÝ - 2025

Các biên độ điều chế AM (điều chế biên độ) là một kỹ thuật truyền tín hiệu trong đó một làn sóng điện từ sin hãng tần số f _c , chịu trách nhiệm truyền tải một f tần số thông điệp _s << f _c khác nhau (ví dụ: điều biến) các biên độ theo biên độ của tín hiệu.

Cả hai tín hiệu truyền đi như một, tín hiệu tổng (tín hiệu AM) kết hợp cả hai: sóng mang (tín hiệu sóng mang) và sóng (tín hiệu thông tin) có chứa thông báo, như thể hiện trong hình sau:

Hình 1. Điều chế biên độ. Nguồn: Wikimedia Commons.

Cần lưu ý rằng thông tin truyền đi được chứa trong hình thức bao quanh tín hiệu AM, được gọi là phong bì.

Thông qua kỹ thuật này, một tín hiệu có thể được truyền đi trên một khoảng cách xa, do đó loại điều chế này được sử dụng rộng rãi bởi radio thương mại và băng tần dân dụng, mặc dù quy trình này có thể được thực hiện với bất kỳ loại tín hiệu nào.

Để thu được thông tin, cần có một máy thu, trong đó một quá trình được gọi là giải điều chế được thực hiện nhờ một bộ dò đường bao.

Bộ dò đường bao chỉ là một mạch rất đơn giản, được gọi là bộ chỉnh lưu. Thủ tục đơn giản, ít tốn kém, nhưng trong quá trình truyền tải điện luôn xảy ra tổn thất điện năng.

Biên độ được điều chế như thế nào?

Để truyền thông điệp cùng với tín hiệu sóng mang, chỉ cần thêm hai tín hiệu là chưa đủ.

Nó là một quá trình phi tuyến tính, trong đó việc truyền theo cách được mô tả ở trên đạt được bằng cách nhân tín hiệu bản tin với tín hiệu sóng mang, cả hai đều là cosin. Và kết quả của việc này thêm tín hiệu sóng mang.

Dạng toán kết quả từ thủ tục này là một tín hiệu biến thiên trong thời gian E (t), có dạng là:

Trong đó biên độ E _c là biên độ của sóng mang và m là chỉ số điều chế, cho bởi:

Như vậy: E _s = mE _c

Biên độ của bản tin nhỏ so với biên độ của sóng mang, do đó:

Nếu không, đường bao của tín hiệu AM sẽ không có hình dạng chính xác của thông điệp được truyền đi. Phương trình của m có thể được biểu thị dưới dạng phần trăm điều chế:

Chúng ta biết rằng tín hiệu hình sin và tín hiệu cosin được đặc trưng bởi có một tần số và bước sóng nhất định.

Khi một tín hiệu được điều chế, phân bố tần số (phổ) của nó được dịch chuyển, điều này xảy ra chiếm một vùng nhất định xung quanh tần số của tín hiệu sóng mang f _c (không bị thay đổi chút nào trong quá trình điều chế), được gọi là độ rộng ban nhạc.

Vì chúng là sóng điện từ, tốc độ của chúng trong chân không là tốc độ của ánh sáng, liên quan đến bước sóng và tần số bằng:

Bằng cách này, thông tin được truyền đi từ một đài phát thanh truyền đi rất nhanh đến các máy thu.

Truyền vô tuyến

Đài phát thanh phải biến đổi lời nói và âm nhạc, tất cả đều là tín hiệu âm thanh, thành tín hiệu điện có cùng tần số, ví dụ sử dụng micrô.

Tín hiệu điện này được gọi là tín hiệu tần số thính giác FA, vì nó nằm trong khoảng từ 20 đến 20.000 Hz, là phổ âm thanh (tần số mà con người nghe thấy).

Hình 2. Nhiều đài phát thanh phát sóng bằng AM. Nguồn: Pixabay.

Tín hiệu này phải được khuếch đại điện tử. Trong những ngày đầu của radio, nó được chế tạo bằng các ống chân không, sau này được thay thế bằng các bóng bán dẫn hiệu quả hơn nhiều.

Sau đó, tín hiệu khuếch đại được kết hợp với tín hiệu tần số vô tuyến FR bằng mạch điều chế AM, để tạo ra một tần số cụ thể cho từng đài vô tuyến. Đây là tần số sóng mang f _c nói trên.

Tần số sóng mang của đài AM nằm trong khoảng từ 530 Hz đến 1600 Hz, nhưng các đài sử dụng tần số điều chế hoặc FM có sóng mang tần số cao hơn: 88-108 MHz.

Bước tiếp theo là khuếch đại tín hiệu kết hợp một lần nữa và gửi nó đến ăng-ten để nó có thể được phát ra dưới dạng sóng vô tuyến. Bằng cách này, nó có thể lan truyền trong không gian cho đến khi đến được các máy thu.

Tiếp nhận tín hiệu

Một máy thu thanh có ăng ten để thu sóng điện từ phát ra từ đài.

Một ăng-ten bao gồm một vật liệu dẫn điện có các điện tử tự do. Trường điện từ tác dụng lực lên các electron này, các electron này ngay lập tức dao động cùng tần số với sóng, tạo ra dòng điện.

Một lựa chọn khác là ăng ten thu có chứa một cuộn dây và trường điện từ của sóng vô tuyến tạo ra một dòng điện trong đó. Trong cả hai trường hợp, luồng này chứa thông tin đến từ tất cả các đài phát thanh đã được thu.

Điều tiếp theo bây giờ là máy thu thanh có thể phân biệt từng đài phát thanh, nghĩa là, điều chỉnh theo đài được ưu tiên.

Dò đài và nghe nhạc

Việc lựa chọn giữa các tín hiệu khác nhau được thực hiện bằng mạch LC cộng hưởng hoặc bộ dao động LC. Đây là một đoạn mạch rất đơn giản gồm cuộn cảm L thay đổi được và tụ điện C mắc nối tiếp.

Để điều chỉnh đài, người ta điều chỉnh giá trị của L và C sao cho tần số cộng hưởng của mạch trùng với tần số của tín hiệu cần điều chỉnh, tần số đó không phải là tần số sóng mang của đài: f _c .

Khi trạm được điều chỉnh, mạch giải điều chế được đề cập ở phần đầu sẽ hoạt động. Anh ta là người phụ trách giải mã, có thể nói, thông điệp do nhà đài phát đi. Nó thực hiện điều này bằng cách tách tín hiệu sóng mang và tín hiệu tin nhắn, sử dụng một diode và mạch RC được gọi là bộ lọc thông thấp.

Hình 3. Trên mạch dao động LC bên trái. Ở bên phải một mạch giải điều chế. Nguồn: F. Zapata.

Tín hiệu đã được tách ra sẽ lại trải qua quá trình khuếch đại và từ đó nó đi đến loa hoặc tai nghe để chúng ta có thể nghe thấy.

Quá trình này được nêu ra ở đây, bởi vì thực tế có nhiều giai đoạn hơn và nó phức tạp hơn nhiều. Nhưng nó cho chúng ta một ý tưởng tốt về cách điều biến biên độ xảy ra và cách nó đến tai người nhận.

Ví dụ đã làm việc

Một sóng mang có biên độ E _c = 2 V (RMS) và tần số f _c = 1,5 MHz. Nó được điều chế bằng tín hiệu tần số fs = 500 Hz và biên độ E _s = 1 V (RMS). Phương trình của tín hiệu AM là gì?

Giải pháp

Thay các giá trị thích hợp vào phương trình cho tín hiệu được điều chế:

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là phương trình bao gồm các biên độ đỉnh, trong trường hợp này là điện áp. Do đó, cần phải chuyển điện áp RMS đến đỉnh nhân với √2:

1. Thuốc kích thích hậu môn. Hệ thống điều chế. Phục hồi từ: analfatecnicos.net.
2. Giancoli, D. 2006. Vật lý: Các nguyên tắc với ứng dụng. 6 ^ngày . Ed Prentice Hall.
3. Phòng thí nghiệm Truyền thông Quesada, F. Điều chế biên độ. Được khôi phục từ: ocw.bib.upct.es.
4. Santa Cruz, O. Truyền điều chế biên độ. Được khôi phục từ: Professor.frc.utn.edu.ar.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 2. 7 ^ma . Ed. Cengage Learning.
6. Sóng mang. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.