ניסוי מס' 3: יצירת אות מוגבל פס , דגימת האות הזה בקצב נייקוסט , סינון באמצעות מעביר נמוכים לקבלת האות המשוחזר

רקע תיאורטי :

פעולת הדגימה דרושה בכדי להעביר את האות במישור הזמן מרציף לבדיד על ידי ליקוט ערכי האות האנלוגי בנקודות זמן מוגדרות .

-        הדגימה דרושה לשם המרת אות אנלוגי רציף בזמן לאות ספרת בדיד זמן .

-        קצב הדגימה נעשה במרווחי זמן שווים .

מעגל הדגימה והשמירה העקרוני מתואר באיור הבא :

דיאגרמת מלבנים של מערכת דגימה ושמירה: 

מעגל דגימה ושמירה  עקרוני מורכב מ:-

     1.רכיב מיתוג(מתג S)::

      תפקידו::הוא שמבצע פעולת חיבור(קצר) כדי להעביר את ערך מתח המקור ברגע הדגימה לרכיב השמירה . המפסק נסגר ברגע הדגימה והוא נפתח בין הדגימות.

   2.רכיב השמירה:

תפקיד מעגל זה הוא שמירה על הדגימות בזמן שהמפסק נמצא במצב נתק.

בין הדגימות מערכת המיתוג נמצאת במצב ניתוק (מפסק פתוח מהווה נתק ) זה מאפשר למערכת המוצא להעביר את הערך של הדגימה למערכות הבאות מבלי להשפיע על ערך הדגימה הנשמר ברכיב הדגימה, כלומר שומר על רמת המתח המתקבלת מפעולת הדגימה עד לפעולת טעינה נוספת בזמן שהמפסק יסגר שוב.

מעגל דגימה ושמירה מעשי:

מאפיניו:   הוא משמש כרכיב מיתוג , הפועל בשני אופנים . מצב הולכה או מצב קטעון .הטרנזיסטור מהווה מפסק כמעט אידיאלי .

התנגדות הטת"ש במצב הולכה, נמוכה מאוד. הדבר מאפשר תהליך טעינה מהיר מאוד. לעומת זאת בקיטון התנגדותו מאוד גבוה ולכן במצב זה הטת"ש מתנהג כמפסק פתוח שמנתק את המוצא מהמבוא.

  אופן הפעולה של ה טת"ש :

          הטת"ש מופעל באמצעות דפקים המסופקים לשער שלו ממקור דפקים. דפקים אלה במצב זה הם בעצם דפקי דגימה. כאשר מספקים דופק לטרנזיסטור הוא נכנס למצב הולכה, אחרת הטרנזיסטור במצב קטעון.

      

הערה : בניסוי הנוכחי נשתמש במפסק מבוקר מתח שמדמה פעול ה טת"ש.

הקבל C:

         הקבל משמש כרכיב הנטען לערך המתח של המקור בזמן הדגימה . ושומר את המתח (כאשר  המפסק פתוח).   במשך הדגימה הקבל נטען לערך המתח של המקור ובין הדגימות (המפסק בנתק) המטען נשמר על הקבל עד לדגימה הבאה.

מעגל השרת:

     הוא מגבר עוקב מתח בעל התנגדות מבוא גבוהה מאוד ,אשר מונעת מהקבל לפרוק את מטענו בין הדגימות.   במוצא של מעגל השרת מופיע מתח הזהה למתח המבוא של המגבר. מתח זה נשמר קבוע ללא תלות בעומס המחובר במוצא המעגל.

זמן הדגימה:

זמן הדגימה צריך להיות קצר מאוד.   באופן מעשי נדרש זמן דגימה הקטן פי 10 ויותר מהזמן בין הדגימות. הזמן נקבע על פי קבוע הזמן RC (R התנגדות הטת"ש) של מעגל המבוא . מקובל להניח זמן טעינה השווה ԏ5 זמן בו מתח הטעינה מגיע ל 99% ממתח המבוא.

מהלך הניסוי : 

פתרון שאלות אלה :

מה תפקיד המפסק מבוקר מתח ??

תפקיד מפסק מסוג זה הוא ביצוע פעולת : חיבור או קצר כדי להעביר את ערך מתח המקור ברגע הדגימה לרכיב השמירה המקבל את ערך הדגימה .   

-בין הדגימות המפסק מהווה נתק.

-המפסק נסגר באמצעות פקודה ממבקר מועבר מתח מהחיישן אל הקבל שאוגר אותו.  

-המפסק נפתח ומונע שינוי במתח המגיע למגבר כלומר המתח לא מגיע לקבל.

מה תפקיד המחולל לאות רבועי המפעיל את המפסק ?

מספק מתח חילופין בעל צורת גל ריבועי .

מה תפקיד הקבל ??

הקבל משמש כרכיב הנטען לערך המתח של המקור בזמן הדגימה . ושומר את המתח (כאשר  המפסק פתוח).  

מתי הקבל נטען ??

במשך הדגימה הקבל נטען לערך המתח של המקור ובין הדגימות (המפסק בנתק) המטען נשמר על הקבל עד לדגימה הבאה.

למה לוקחים גורם מחזור10%??

צריכים גורם מחזור 10% בגלל שאנו רוצים לספק רמת מתח יציבה לפרק זמן למעגלים.

מה התנאי לדגימת האות על מנת לשחזרו נאמנה ??

משך הדגימה צריך להיות קצר ככל האפשר על מנת לקבל דגימה נקודתית.

כיצד משפיע תדר הדגימה על איכות האות המשוחזר ??

השימוש בתדר גבוה : יכול להיות חפיפה עם התחנות האחרות.

והשימוש בתדר קטן מתדר הדגימה המינימלי : מתווספות שגיאות לכן האות המשוחזר איננו דומה לאות המקורי.  ,.. לכן יש להשתמש בתדר דגימה  הגבוה מהמינימום הנדרש  תוך כדי התחשבות  בהתחנות האחרות .  

מסקנה מזו : עלינו להשתמש בתדר דגימה  הגבוה מהמינימום.

הכלים שצריכים להשתמש לבניית המעגל :

משקף תנודות :  

המחבר - VULTAG SUMMER  :

 

שלוש מקורות מתח סינוסאידאלים - AC VOLTAGE SOURCE :

FUNICTION GENERATOR: 

מנתח ספקטראלי - ספקטרום אנלייזיר : 

מגבר שרת :  

נגד : 

קבלים : 

בניית המעגל :

יצירת אות מוגבל פס המדמה אות דיבור.

על מנת לקבל אות מוגבל פס יש לחבר שלוש מקורות מתח סינוסאוידאליים בתדרים ובעוצמות שונות כמפורט בטבלה:

מס. מקור	עוצמה	תדר בHz	פונקציה
1	5	1000
2	3	3000
3	1	5000
התוצאה		?	X1+x2+x3

חברתי את המעגל הזה :  

חברתי את שלושת מקורות המתח הסינוסאידאלים למסכם ומוצא המסכם למשקף תנודות.

תוצאה מספר 1:  

אפשר לראות באיורים אלה את תוצאת האות המתקבל במוצא המעגל שבאיור הנ"ל.

כדי לראות את הספטקטרום של אותות המבוא נחליף את משקף תנודות במחולל אותות.

נשנה קצת במבנה המעגל ונקבל :

תוצאה מספר 2 :

מסקנה מספר1 מתוצאות 1+2 :

כתוצאה מחיבור זה אנו מקבלים אות מוגבל פס שרוחב הפס שלו שווה לתדר הכי גבוהה שנמצא באיור הנ"ל של ספקטרום האותות לכן :        BW=5KHZ

ומהתוצאה שקבלנו ראינו שמופיע שלוש הרמוניות.

דגימת האות בעזרת מעגל דגימה שמירה:

נחבר למעגל שבנינו רכיבים אחרים ונקבל את המעגל הבא:

יש לקבוע את תדר הדגימה , גורם המחזור ושאר תכונות מחולל האותות ע"מ לבצע דגימה ושמירה תקינה.

תדר הדגימה לפי משפט נייקוויסט.

בחרתי את ערך  Fs=12 KHZ כך יהיה גדול מערך של f.

כי יש הגבלה ברוחב הפס ולא רק תחנה אחת משדרת יש הרבה תחנות שמשדרות בתדרים אחרים וזה מונע מצב של חפיפה בין התחנות .

וגורם המחזור של האות הדגום צריך להיות 10%. (%   DC=10)

תוצאה מספר 3 :

מסקנה מספר 2 מתוצאה 3 : 

אם נשווה בין האות המתקבל במוצא המעגל שהוא אות ריבועי לאות המידע המתקבל במוצא המסכם שהוא אות אנלוגי נמצא כי יש דמיון בתנועת שני האותות .

גילו האות הדגום

ע"מ לגלות את האות הדגום ששדרנו אותו בשלבים קודמים יש לבנות מסנן מעביר נמוכים שמשמש כאן כגלאי לאות המתקבל. המסנן הפשוט מורכב מנגד וקבל.

נחשב את ערך הנגד והקבל :

(2πRC)/1=f

F  שווה ל- 5KHZ  ונבחור R=1KΩ ונקבל :

C = n_f 31.83

המעגל :

תוצאה מספר 4 : 

התוצאה המתקבלת במשקף התנודות לאחר חיבור המעגל למסנן מעביר נימוכים

מסקנה מספר 3 מתוצאה מספר 5:

במוצא המעגל קבלנו אות אנלוגי שהוא זהה לאות שהכנסנו למשדר.

תוצאה מספר 4 :

   התוצאה המתקבלת במשקף התנודות לאחר חיבור המעגל למסנן מעביר נימוכים

מסקנה מספר 4 :

עשינו ניסוי זה לאמת את מה שאמר נייקויסט (תדר הדגימה הוא כפול התדר המקסימאלי של אות המידע).

סיכום קצר :