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Difference between revisions of "Aufgaben:Exercise 2.3: DSB-AM Realization"

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[[File:EN_Mod_A_2_3.png|right|frame|Nichtlineare Kennlinie <br>zur AM&ndash;Realisierung]]
+
[[File:EN_Mod_A_2_3.png|right|frame|Nonlinear characteristic curve <br>for DSB-AM realization]]
Zur Realisierung der so genannten&nbsp; „ZSB–AM mit Träger”&nbsp; soll ein Verstärker mit der Kennlinie
+
In order to realize the so-called&nbsp; "Double-Sideband Amplitude Modulation&nbsp; (DSB-AM)&nbsp; with carrier",&nbsp; an amplifier with the following characteristic curve must be used:
 
:y=g(x)=U(1ex/U)
 
:y=g(x)=U(1ex/U)
verwendet werden. Hierbei sind &nbsp;x=x(t)&nbsp; und &nbsp;y=y(t)&nbsp; als zeitabhängige Spannungen am Eingang bzw. Ausgang des Verstärkers zu verstehen.&nbsp; Der Parameter &nbsp;U=3 V&nbsp; gibt die Sättigungsspannung des Verstärkers an.
+
*Here, &nbsp;x=x(t)&nbsp; and &nbsp;y=y(t)&nbsp; are time-dependent voltages at the input and output of the amplifier,&nbsp; respectively. &nbsp;  
 +
*The parameter &nbsp;U=3 V&nbsp; indicates the saturation voltage of the amplifier.
  
Diese Kennlinie wird im Arbeitspunkt &nbsp;A0=2 V&nbsp; betrieben.&nbsp; Dies erreicht man beispielsweise durch das Eingangssignal
+
 
 +
This curve is used at the operating point &nbsp;A0=2 V.&nbsp; This is achieved,&nbsp; for example,&nbsp; by the input signal
 
:x(t)=A0+z(t)+q(t).
 
:x(t)=A0+z(t)+q(t).
Setzen Sie für das Trägersignal und das Quellensignal jeweils Cosinusschwingungen voraus:
+
Assume cosine oscillations for both the carrier and the source signal:
 
:z(t)=ATcos(2πfTt),AT=1V,fT=30kHz,
 
:z(t)=ATcos(2πfTt),AT=1V,fT=30kHz,
 
:q(t)=ANcos(2πfNt),AN=1V,fN=3kHz.
 
:q(t)=ANcos(2πfNt),AN=1V,fN=3kHz.
Verwenden Sie bei der Lösung dieser Aufgabe die Hilfsgröße
+
In solving this problem,&nbsp; use the auxiliary quantity
 
:w(t)=x(t)A0=z(t)+q(t).
 
:w(t)=x(t)A0=z(t)+q(t).
  
Die nichtlineare Kennlinie kann entsprechend einer&nbsp; ''Taylorreihe''&nbsp; um den Arbeitspunkt entwickelt werden:
+
The nonlinear characteristic curve can be developed according to a&nbsp; "Taylor series"&nbsp; around the operating point:
 
:$$y(x)  = y(A_0) + \frac{1}{1!} \cdot y\hspace{0.08cm}{\rm '}(A_0) \cdot (x - A_0)+ \frac{1}{2!} \cdot y\hspace{0.08cm}''(A_0) \cdot (x - A_0)^2+
 
:$$y(x)  = y(A_0) + \frac{1}{1!} \cdot y\hspace{0.08cm}{\rm '}(A_0) \cdot (x - A_0)+ \frac{1}{2!} \cdot y\hspace{0.08cm}''(A_0) \cdot (x - A_0)^2+
 
   \frac{1}{3!} \cdot y\hspace{0.08cm}'''(A_0) \cdot (x - A_0)^3 + \text{ ...}$$
 
   \frac{1}{3!} \cdot y\hspace{0.08cm}'''(A_0) \cdot (x - A_0)^3 + \text{ ...}$$
In Abhängigkeit der Hilfsgröße &nbsp;w(t)&nbsp; kann das Ausgangssignal dann auch wie folgt dargestellt werden:
+
The output signal can then also be represented as depending on the auxiliary quantity &nbsp;w(t)&nbsp; as follows:
 
:y(t)=c0+c1w(t)+c2w2(t)+c3w3(t)+ ...
 
:y(t)=c0+c1w(t)+c2w2(t)+c3w3(t)+ ...
Das ZSB–AM–Signal &nbsp;s(t)&nbsp; erhält man durch die Bandbegrenzung von &nbsp;y(t)&nbsp; auf den Frequenzbereich von &nbsp;23 kHz&nbsp; bis &nbsp;37 kHz.&nbsp; Das heißt: &nbsp;Alle anderen Frequenzen als &nbsp;fT, &nbsp;fT±fN&nbsp; sowie &nbsp;fT±2fN&nbsp; werden durch den Bandpass entfernt.
+
*The DSB–AM signal &nbsp;s(t)&nbsp; is obtained by band-limiting&nbsp;y(t)&nbsp; to the frequency range from &nbsp;23 kHz&nbsp; to &nbsp;37 kHz.&nbsp;  
 
+
*That is,&nbsp; all frequencies other than &nbsp;fT, &nbsp;fT±fN&nbsp; and &nbsp;fT±2fN&nbsp; are removed by the band-pass.
Die Grafik zeigt die Kennlinie &nbsp;g(x)&nbsp; sowie die Näherungen &nbsp;g1(x), &nbsp;g2(x)&nbsp; und &nbsp;g3(x), wenn man die Taylorreihe nach dem ersten, zweiten oder dritten Term abbricht.&nbsp; Man erkennt, dass die Näherung &nbsp;g3(x)&nbsp; im dargestellten Bereich innerhalb der Zeichengenauigkeit von &nbsp;g(x)&nbsp; nicht mehr zu unterscheiden ist.
 
 
 
 
 
  
  
 +
The graph shows the characteristic curve &nbsp;g(x)&nbsp; and the approximations &nbsp;g1(x), &nbsp;g2(x)&nbsp; and &nbsp;g3(x), when the Taylor series is truncated after the first, second, or third term.&nbsp;  It can be seen that the approximation &nbsp;g3(x)&nbsp;  is indistinguishable from &nbsp;g(x)&nbsp; in the range shown.
  
  
  
  
''Hinweise:''
+
Hints:  
*Die Aufgabe gehört zum  Kapitel&nbsp; [[Modulation_Methods/Zweiseitenband-Amplitudenmodulation|Zweiseitenband-Amplitudenmodulation]].
+
*This exercise belongs to the chapter&nbsp; [[Modulation_Methods/Double-Sideband_Amplitude_Modulation|Double-Sideband Amplitude Modulation]].
*Bezug genommen wird auch auf das Kapitel&nbsp;  [[Linear_and_Time_Invariant_Systems/Nichtlineare_Verzerrungen#Beschreibung_nichtlinearer_Systeme|Beschreibung nichtlinearer Systeme]]&nbsp; im Buch "Lineare zeitinvariante Systeme".
+
*Reference will also be made to the chapter&nbsp;  [[Linear_and_Time_Invariant_Systems/Nonlinear_Distortions#Description_of_nonlinear_systems|Description of nonlinear systems]]&nbsp; in the book "Linear and Time Invariant Systems".
 
   
 
   
  
  
===Fragebogen===
+
===Questions===
  
 
<quiz display=simple>
 
<quiz display=simple>
{In welchem Bereich kann das Eingangssignal &nbsp;x(t)&nbsp; variieren?&nbsp; Geben Sie den Minimal– und Maximalwert der Hilfsgröße &nbsp;w(t)=x(t)A0&nbsp; an.
+
{In what range can the input signal &nbsp;x(t)&nbsp;vary?&nbsp;Give the minimum and maximum values of the auxiliary variable  &nbsp;w(t)=x(t)A0.
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
wmin =  { -2.06--1.94 }  V
 
wmin =  { -2.06--1.94 }  V
 
wmax = { 2 3% } V
 
wmax = { 2 3% } V
  
{Berechnen Sie die Koeffizienten &nbsp;c0&nbsp; und &nbsp;c1&nbsp; der Taylorreihe.
+
{Calculate the coefficients &nbsp;c0&nbsp; and &nbsp;c1&nbsp; of the Taylor series.
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
c0 =  { 1.46 3% }  V
 
c0 =  { 1.46 3% }  V
 
c1 =  { 0.513 3% }  
 
c1 =  { 0.513 3% }  
  
{Wie lauten die Koeffizienten &nbsp;c2&nbsp; und &nbsp;c3&nbsp; der nichtlinearen Kennlinie?
+
{What are the coefficients &nbsp;c2&nbsp; and &nbsp;c3&nbsp; of the nonlinear characteristic curve?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
c2 =  { -0.088--0.084 }   V1
 
c2 =  { -0.088--0.084 }   V1
 
c3 =  { 0.0095 3% }   V2
 
c3 =  { 0.0095 3% }   V2
  
{Zeigen Sie, dass sich eine&nbsp; „ZSB–AM mit Träger”–Konstellation ergibt, wenn man &nbsp;c3&nbsp; als vernachlässigbar klein betrachtet.&nbsp; Wie groß ist der Modulationsgrad &nbsp;m?
+
{Show that a&nbsp; "DSB-AM with carrier"&nbsp; constellation results when &nbsp;c3&nbsp; is considered negligibly small.&nbsp; What is the modulation depth &nbsp;m?
 
|type="{}"}
 
|type="{}"}
 
m =  { 0.335 3% }  
 
m =  { 0.335 3% }  
  
{Welche der Aussagen treffen unter der Voraussetzung zu, dass man &nbsp;c3&nbsp; nicht als vernachlässigbar klein betrachten kann?
+
{Assuming that &nbsp;c3&nbsp; cannot be considered negligibly small,&nbsp; which of the following statements are true?
 
|type="[]"}
 
|type="[]"}
- Das Gewicht der Spektrallinie bei &nbsp;fT&nbsp; wird nicht verändert.
+
- The weight of the spectral line at&nbsp;fT&nbsp; is unchanged.
+ s(t)&nbsp; beinhaltet nun auch Diraclinien bei &nbsp;fT±2fN.
+
+ s(t)&nbsp; now includes Dirac delta lines at&nbsp;fT±2fN.
+ Der kubische Term führt zu nichtlinearen Verzerrungen.
+
+ The cubic term leads to nonlinear distortions.
- Der kubische Term führt zu linearen Verzerrungen.
+
- The cubic term leads to linear distortions.
 
</quiz>
 
</quiz>
  
===Musterlösung===
+
===Solution===
 
{{ML-Kopf}}
 
{{ML-Kopf}}
'''(1)'''&nbsp; Aus&nbsp; x(t)=A0+z(t)+q(t)&nbsp; erhält man mit&nbsp; A0=2 V&nbsp; und&nbsp; AT=AN=1 V&nbsp; den möglichen Bereich&nbsp; 0 Vx(t)4 V.  
+
'''(1)'''&nbsp; From&nbsp; x(t)=A0+z(t)+q(t),&nbsp; with &nbsp; A0=2 V&nbsp; and &nbsp; AT=AN=1 V,&nbsp; we get the possible range&nbsp; 0 Vx(t)4 V.  
*Die Hilfsgröße&nbsp; w(t)&nbsp; kann somit Werte zwischen&nbsp; wmin=2 V_&nbsp; und&nbsp; wmax=+2 V_&nbsp; annehmen.
+
*Thus,&nbsp; the auxiliary quantity&nbsp; w(t)&nbsp; can take values between&nbsp; wmin=2 V_&nbsp; and&nbsp; wmax=+2 V_.
  
  
  
'''(2)'''&nbsp; Der Koeffizient&nbsp; c0&nbsp; ist gleich dem Kennlinienwert im Arbeitspunkt.&nbsp; Mit&nbsp; A0=2 V&nbsp; und&nbsp; U=3 V&nbsp; erhält man:
+
'''(2)'''&nbsp; The coefficient&nbsp; c0&nbsp; is equal to the characteristic value at the operating point.&nbsp; Using&nbsp; A0=2 V&nbsp; and&nbsp; U=3 V&nbsp; we obtain:
 
:c0=y(A0)=U(1eA0/U)=1.460V_.
 
:c0=y(A0)=U(1eA0/U)=1.460V_.
*Entsprechend gilt für den Taylorkoeffizienten&nbsp; c1:
+
*Accordingly,&nbsp; for the Taylor coefficient&nbsp; c1:
 
:c1=y(A0)=eA0/U=0.513_.
 
:c1=y(A0)=eA0/U=0.513_.
  
  
  
'''(3)'''&nbsp; Die weiteren Ableitungen&nbsp; (n2)&nbsp; lauten:
+
'''(3)'''&nbsp; The further derivatives &nbsp; (n2)&nbsp; are:
 
:y(n)(A0)=(1)n1Un1eA0/U.
 
:y(n)(A0)=(1)n1Un1eA0/U.
*Daraus ergeben sich folgende Koeffizienten:
+
*This results in the following coefficients:
 
:c2=12!y(2)(A0)=12UeA0/U=0.086V1_,  
 
:c2=12!y(2)(A0)=12UeA0/U=0.086V1_,  
 
:c3=13!y(3)(A0)=16U2eA0/U=0.0095V2_.
 
:c3=13!y(3)(A0)=16U2eA0/U=0.0095V2_.
  
  
'''(4)'''&nbsp; Setzt man&nbsp; c3=0, so lautet das Ausgangssignal des Verstärkers:
+
'''(4)'''&nbsp; Setting&nbsp; c3=0,&nbsp; the output signal of the amplifier is:
 
:y(t)=c0+c1(z(t)+q(t))+c2(z2(t)+q2(t)+2z(t)q(t)).
 
:y(t)=c0+c1(z(t)+q(t))+c2(z2(t)+q2(t)+2z(t)q(t)).
*Nach dem Bandpass verbleiben somit noch folgende Signalanteile:
+
*Thus,&nbsp; after the band-pass,&nbsp; the following signal components remain:
 
:$$s(t)  =  c_1 \cdot z(t) + 2 \cdot c_2 \cdot z(t) \cdot q(t)  
 
:$$s(t)  =  c_1 \cdot z(t) + 2 \cdot c_2 \cdot z(t) \cdot q(t)  
 
   =  \left[c_1 \cdot A_{\rm T} + 2 \cdot c_2 \cdot A_{\rm T} \cdot A_{\rm N} \cdot \cos(\omega_{\rm N} t)\right] \cdot \cos(\omega_{\rm T} t)\hspace{0.05cm}.$$
 
   =  \left[c_1 \cdot A_{\rm T} + 2 \cdot c_2 \cdot A_{\rm T} \cdot A_{\rm N} \cdot \cos(\omega_{\rm N} t)\right] \cdot \cos(\omega_{\rm T} t)\hspace{0.05cm}.$$
*Der Modulationsgrad ist dann als Quotient der „Amplitude” der Nachrichtenschwingung zur „Amplitude” des Trägers zu bestimmen:
+
*The modulation depth is then determined as the quotient of the&nbsp; "amplitude of the message oscillation"&nbsp; over the "amplitude of the carrier":
 
:m=2|c2|ATAN|c1|AT=2|c2|AN|c1|=20.0861V0.513=0.335_.
 
:m=2|c2|ATAN|c1|AT=2|c2|AN|c1|=20.0861V0.513=0.335_.
  
  
  
'''(5)'''&nbsp; Richtig sind die <u>Aussagen 2 und 3</u>:
+
'''(5)'''&nbsp; <u>Answers 2 and 3</u>&nbsp; are correct:
*Unter Berücksichtigung des kubischen Anteils beinhaltet&nbsp; y(t)&nbsp; noch folgende weitere Anteile:
+
*Considering the cubic part,&nbsp; y(t)&nbsp; includes the following other components:
 
:$$y_3(t)  =  c_3 \cdot (z(t) + q(t))^3
 
:$$y_3(t)  =  c_3 \cdot (z(t) + q(t))^3
 
=  c_3 \cdot z^3(t) + 3 \cdot c_3 \cdot z^2(t) \cdot q(t)+ 3 \cdot c_3 \cdot z(t) \cdot q^2(t) + c_3 \cdot q^3(t) \hspace{0.05cm}.$$
 
=  c_3 \cdot z^3(t) + 3 \cdot c_3 \cdot z^2(t) \cdot q(t)+ 3 \cdot c_3 \cdot z(t) \cdot q^2(t) + c_3 \cdot q^3(t) \hspace{0.05cm}.$$
*Der erste Term führt zu Anteilen bei&nbsp; fT&nbsp; und&nbsp; 3fT, der letzte bei&nbsp; fN&nbsp; und&nbsp; 3fN.&nbsp; Der zweite Term ergibt einen Anteil bei&nbsp; fN&nbsp; und weitere bei&nbsp; 2fT±fN:
+
*The first term results in components at&nbsp; fT&nbsp; and&nbsp; 3fT, and the last term results in components at&nbsp; fN&nbsp; and&nbsp; 3fN.&nbsp;  
 +
*The second term gives a component at &nbsp; fN&nbsp; and others at&nbsp; 2fT±fN:
 
:3c3z2(t)q(t)=3/2A2TAN[cos(ωNt)+cos(2ωTt)cos(ωNt)].
 
:3c3z2(t)q(t)=3/2A2TAN[cos(ωNt)+cos(2ωTt)cos(ωNt)].
*Entsprechend führt der dritte Summand in obiger Gleichung zu
+
*Accordingly, the third summand in the above equation leads to
 
:3c3z(t)q2(t)=3/2ATA2N[cos(ωTt)+cos(ωTt)cos(2ωNt)].
 
:3c3z(t)q2(t)=3/2ATA2N[cos(ωTt)+cos(ωTt)cos(2ωNt)].
*Innerhalb des Frequenzbereichs von&nbsp; 23 kHz&nbsp; bis&nbsp; 37 kHz&nbsp; kommt es also tatsächlich zu einer Veränderung der Spektrallinie bei&nbsp; fT&nbsp; und es entstehen neue Diraclinien bei&nbsp; fT±2fN, also bei&nbsp; 24 kHz&nbsp; und&nbsp; 36 kHz.  
+
*Thus,&nbsp; within the frequency range from&nbsp; 23 kHz&nbsp; to&nbsp; 37 kHz,&nbsp; there is indeed a change in the spectral line at&nbsp; fT&nbsp; <br>and new Dirac delta lines are formed at &nbsp; fT±2fN,&nbsp; i.e.,&nbsp; at &nbsp; 24 kHz&nbsp; and&nbsp; 36 kHz.  
*Die dadurch verbundenen Verzerrungen sind somit nichtlinear &nbsp; &rArr; &nbsp; Antwort 3 ist richtig und Antwort 4 ist falsch.
+
*The resulting distortions are thus nonlinear&nbsp; &rArr; &nbsp; Answer 3 ist correct and Answer 4 is wrong.
  
 
{{ML-Fuß}}
 
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[[Category:Modulation Methods: Exercises|^2.1 ZSB-Amplitudenmodulation^]]
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[[Category:Modulation Methods: Exercises|^2.1 Double Sideband Amplitude Modulation^]]

Latest revision as of 16:18, 18 January 2023

Nonlinear characteristic curve
for DSB-AM realization

In order to realize the so-called  "Double-Sideband Amplitude Modulation  (DSB-AM)  with carrier",  an amplifier with the following characteristic curve must be used:

y=g(x)=U(1ex/U)
  • Here,  x=x(t)  and  y=y(t)  are time-dependent voltages at the input and output of the amplifier,  respectively.  
  • The parameter  U=3 V  indicates the saturation voltage of the amplifier.


This curve is used at the operating point  A0=2 V.  This is achieved,  for example,  by the input signal

x(t)=A0+z(t)+q(t).

Assume cosine oscillations for both the carrier and the source signal:

z(t)=ATcos(2πfTt),AT=1V,fT=30kHz,
q(t)=ANcos(2πfNt),AN=1V,fN=3kHz.

In solving this problem,  use the auxiliary quantity

w(t)=x(t)A0=z(t)+q(t).

The nonlinear characteristic curve can be developed according to a  "Taylor series"  around the operating point:

y(x)=y(A0)+11!y(A0)(xA0)+12!y

The output signal can then also be represented as depending on the auxiliary quantity  w(t)  as follows:

y(t) = c_0 + c_1 \cdot w(t) + c_2 \cdot w^2(t)+ c_3 \cdot w^3(t) +\text{ ...}
  • The DSB–AM signal  s(t)  is obtained by band-limiting y(t)  to the frequency range from  \text{23 kHz}  to  \text{37 kHz}
  • That is,  all frequencies other than  f_{\rm T},  f_{\rm T}±f_{\rm N}  and  f_{\rm T}±2f_{\rm N}  are removed by the band-pass.


The graph shows the characteristic curve  g(x)  and the approximations  g_1(x),  g_2(x)  and  g_3(x), when the Taylor series is truncated after the first, second, or third term.  It can be seen that the approximation  g_3(x)  is indistinguishable from  g(x)  in the range shown.



Hints:


Questions

1

In what range can the input signal  x(t) vary? Give the minimum and maximum values of the auxiliary variable  w(t) = x(t) - A_0.

w_{\rm min} \ = \

\ \text{V}
w_{\rm max} \ = \

\ \text{V}

2

Calculate the coefficients  c_0  and  c_1  of the Taylor series.

c_0 \ = \

\ \text{V}
c_1 \ = \

3

What are the coefficients  c_2  and  c_3  of the nonlinear characteristic curve?

c_2\ = \

\ \rm V^{ -1 }
c_3\ = \

\ \rm V^{ -2 }

4

Show that a  "DSB-AM with carrier"  constellation results when  c_3  is considered negligibly small.  What is the modulation depth  m?

m \ = \

5

Assuming that  c_3  cannot be considered negligibly small,  which of the following statements are true?

The weight of the spectral line at f_{\rm T}  is unchanged.
s(t)  now includes Dirac delta lines at f_{\rm T} ± 2f_{\rm N}.
The cubic term leads to nonlinear distortions.
The cubic term leads to linear distortions.


Solution

(1)  From  x(t) = A_0 + z(t) + q(t),  with   A_0 = 2\ \rm V  and   A_{\rm T} = A_{\rm N} = 1 \ \rm V,  we get the possible range  0 \ {\rm V} ≤ x(t) ≤ 4\ \rm V.

  • Thus,  the auxiliary quantity  w(t)  can take values between  w_{\rm min}\hspace{0.15cm}\underline{ = -2 \ \rm V}  and  w_{\rm max}\hspace{0.15cm}\underline{ = +2 \ \rm V}.


(2)  The coefficient  c_0  is equal to the characteristic value at the operating point.  Using  A_0 = 2 \ \rm V  and  U = 3 \ \rm V  we obtain:

c_0 = y(A_0) = U \cdot \left( 1 -{\rm e} ^{-A_0/U}\right) \hspace{0.15cm}\underline {= 1.460\,{\rm V}}\hspace{0.05cm}.
  • Accordingly,  for the Taylor coefficient  c_1:
c_1 = y\hspace{0.06cm}'(A_0)= {\rm e} ^{-A_0/U}\hspace{0.15cm}\underline { = 0.513}\hspace{0.05cm}.


(3)  The further derivatives   (n ≥ 2)  are:

y^{(n)}(A_0)= \frac{(-1)^{n-1}}{U^{n-1}} \cdot {\rm e} ^{-A_0/U} \hspace{0.05cm}.
  • This results in the following coefficients:
c_2 = \frac{1}{2!} \cdot y^{(2)}(A_0)= \frac{1}{2U} \cdot {\rm e}^{-A_0/U} \hspace{0.15cm}\underline {= -0.086\,{\rm V^{-1}}}\hspace{0.05cm},
c_3 = \frac{1}{3!} \cdot y^{(3)}(A_0)= \frac{1}{6U^2} \cdot {\rm e}^{-A_0/U}\hspace{0.15cm}\underline { = 0.0095\,{\rm V^{-2}}}\hspace{0.05cm}.


(4)  Setting  c_3 = 0,  the output signal of the amplifier is:

y(t) = c_0 + c_1 \cdot (z(t) + q(t)) + c_2 \cdot (z^2(t) + q^2(t) + 2 \cdot z(t) \cdot q(t))\hspace{0.05cm}.
  • Thus,  after the band-pass,  the following signal components remain:
s(t) = c_1 \cdot z(t) + 2 \cdot c_2 \cdot z(t) \cdot q(t) = \left[c_1 \cdot A_{\rm T} + 2 \cdot c_2 \cdot A_{\rm T} \cdot A_{\rm N} \cdot \cos(\omega_{\rm N} t)\right] \cdot \cos(\omega_{\rm T} t)\hspace{0.05cm}.
  • The modulation depth is then determined as the quotient of the  "amplitude of the message oscillation"  over the "amplitude of the carrier":
m = \frac{2 \cdot |c_2| \cdot A_{\rm T} \cdot A_{\rm N}}{|c_1| \cdot A_{\rm T}} = \frac{2 \cdot |c_2| \cdot A_{\rm N}}{|c_1| }= \frac{2 \cdot 0.086 \cdot 1\,{\rm V}}{0.513 }\hspace{0.15cm}\underline { = 0.335}\hspace{0.05cm}.


(5)  Answers 2 and 3  are correct:

  • Considering the cubic part,  y(t)  includes the following other components:
y_3(t) = c_3 \cdot (z(t) + q(t))^3 = c_3 \cdot z^3(t) + 3 \cdot c_3 \cdot z^2(t) \cdot q(t)+ 3 \cdot c_3 \cdot z(t) \cdot q^2(t) + c_3 \cdot q^3(t) \hspace{0.05cm}.
  • The first term results in components at  f_{\rm T}  and  3f_{\rm T}, and the last term results in components at  f_{\rm N}  and  3f_{\rm N}
  • The second term gives a component at   f_{\rm N}  and others at  2f_{\rm T} ± f_{\rm N}:
3 \cdot c_3 \cdot z^2(t) \cdot q(t)= {3}/{2 } \cdot A_{\rm T}^2 \cdot A_{\rm N} \cdot \left[ \cos(\omega_{\rm N} t) + \cos(2\omega_{\rm T} t) \cdot \cos(\omega_{\rm N} t)\right] \hspace{0.05cm}.
  • Accordingly, the third summand in the above equation leads to
3 \cdot c_3 \cdot z(t) \cdot q^2(t)= {3}/{2 } \cdot A_{\rm T} \cdot A_{\rm N}^2 \cdot \left[ \cos(\omega_{\rm T} t) + \cos(\omega_{\rm T} t)\cdot \cos(2 \omega_{\rm N} t)\right] \hspace{0.05cm}.
  • Thus,  within the frequency range from  \text{23 kHz}  to  \text{37 kHz},  there is indeed a change in the spectral line at  f_{\rm T} 
    and new Dirac delta lines are formed at   f_{\rm T} ± 2f_{\rm N},  i.e.,  at   \text{24 kHz}  and  \text{36 kHz}.
  • The resulting distortions are thus nonlinear  ⇒   Answer 3 ist correct and Answer 4 is wrong.