Схемотехнические решения транзисторного амплитудного модулятора

Размещено на http://www.allbest.ru

Схемотехнические решения транзисторного амплитудного модулятора

На рис. представлена схема базового амплитудного модулятора, в котором модуляция осуществляется изменением напряжения смещения.

При изменении напряжения смещения по закону сообщения изменяется угол отсечки:

Рис. Схема базового амплитудного модулятора

где - начальное напряжение смещения на статической входной характеристике;

- напряжение внешнего источника смещения модулятора;

- амплитуда напряжения возбуждения.

Амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая коллекторного тока модулятора вычисляется по формулам

Можно построить зависимость токов , (рис. 8) в зависимости от напряжения смещения при постоянной амплитуде напряжения возбуждения (статическая модуляционная характеристика).

Рис. 8 Статическая модуляционная характеристика при базовой модуляции

Построенная зависимость показывает, что в области недонапряженного режима токи , почти линейно возрастают в зависимости от напряжения смещения. При максимальном напряжении на базе, равном +, имеет место перегиб модуляционной характеристики. Для повышения коэффициента полезного действия необходимо, чтобы точка перегиба характеристики соответствовала граничному режиму. Таким образом, базовая модуляция осуществляется в недонапряженном режиме с низким коэффициентом полезного действия - 30%-40% (только максимальной мощности соответствует граничный режим с высоким коэффициентом полезного действия).

Несомненным достоинством базовой модуляции является то, что требуется незначительная мощность низкой частоты, которая подается на базу модулятора. Это мощность снимается с усилителя низкой частоты (подмодулятора).

На рис. 9 представлена схема коллекторного амплитудного модулятора, в котором модуляция осуществляется изменением напряжение питания.

Рис. 9. Схема коллекторного амплитудного модулятора

При изменении напряжения питания по закону (t) = (1+mcosщt) амплитуда этого напряжения определяется как (t) =mcosщt. При этом ток транзистора существенно изменяется в области перенапряженного режима, которая используется для модуляции (рис. 10).

Перенапряженный режим в отличие от недонапряженного режима характеризуется более высоким коэффициентом полезного действия, поэтому коллекторная амплитудная модуляция энергетически более выгодная, чем базовая амплитудная модуляция.

В процессе модуляции средний за период высокочастотных колебаний коллекторный ток изменяется от 0 до = (1+m), где - коллекторный ток в режиме несущей. Амплитуда низкочастотных колебаний коллекторного тока определяется как = m .

Мощность, потребляемая модулятором от усилителя, находится по формуле

При m = 1 мощность усилителя (подмодулятора) примерно равна колебательной мощности модулируемого каскада в режиме несущей.

Рис. 10. Статическая модуляционная характеристика при коллекторной модуляции

Таким образом, применение базовой амплитудной модуляции позволяет уменьшить мощность подмодулятора, но при этом коэффициент полезного действия радиопередатчика невысок из-за работы всего высокочастотного тракта в недонапряженном режиме. Применение коллекторной модуляции позволяет повысить коэффициент полезного действия радиопередатчика (высокочастотный тракт работает в перенапряженном режиме), но мощность подмодулятора соизмерима с мощностью радиопередатчика.

Схемотехнические решения транзисторных частотно-фазовых модуляторов

При частотной модуляции по закону сообщения изменяется частота колебания. На рис. 11 показана осциллограмма напряжения при частотной модуляции. При изменении частоты также изменяется фаза колебания.

Рис. 11. Осциллограмма напряжения при частотной модуляции: а - модулирующий сигнал; б - модулируемый сигнал

Частота щ и фаза ц колебания связаны линейными соотношениями

Например, для гармонического сигнала s(t) = Asin(щt+). Фаза этого колебания определяется как ц(t) = щt+. Найдём частоту:

Найдём фазу:

Поэтому модуляция по частоте всегда сопровождается модуляцией по фазе и наоборот, а частотная и фазовая модуляции носят название угловой модуляции.

При частотной модуляции одним гармоническим колебанием частота модулированного колебания вычисляется по формуле

где - несущая частота;

?щ - девиация частоты;

Щ - частота модуляции.

Мгновенная фаза колебаний определяется как

и изменяется по синусоидальному закону с девиацией фазы

При фазовой модуляции одним гармоническим колебанием фаза моду- лированного колебания находится по формуле

где ?ц - девиация фазы.

Мгновенная частота этого колебания определяется как

и изменяется по синусоидальному закону с девиацией частоты

?щ = ?цЩ.

Из приведенных выражений следует, что при частотной модуляции девиация частоты зависит только от амплитуды модулирующего колебания, а девиация фазы зависит и от амплитуды, и от частоты. При фазовой модуляции девиация фазы зависит только от амплитуды модулирующего колебания, а девиация частоты зависит как от его амплитуды, так и от частоты.

Существует возможность получить с помощью фазового модулятора частотную модуляцию. Для этого необходимо модулирующий сигнал подать на фазовый модулятор через интегрирующую цепь.

Так же возможно с помощью частотного модулятора получить фазовую модуляцию. Для этого необходимо модулирующий сигнал подать на частотный модулятор через дифференцирующую цепь.

При модуляции одной частоты спектры фазомодулированного и частотно-модулированного сигналов является линейчатыми (рис. 12) и содержат несущую частоту и множество комбинационных частот (). Относительные амплитуды составляющих спектра пропорциональны функциям Бесселя первого рода (m) порядка p от аргумента m.

При частотной модуляции одним гармоническим колебанием отношение модулированного напряжения к его максимальной величине определяется как

Рис. 12. Спектры сигналов с угловой модуляцией при различных индексах модуляции: m = 1 (a), m = 4 (б), m = 8 (в)

На рис. 13 представлены графики функций Бесселя первого рода порядка p.

Рис. 13. Графики функций Бесселя первого рода порядка p

амплитудный модулятор схемотехнический транзисторный

Ширина полосы пропускания, занимаемая сигналом с угловой модуляцией, определяется по приближенной формуле [1]:

где - максимальная частота модуляции;

m = - коэффициент частотной модуляции;

?щ = 2р?f - девиация угловой частоты;

= 2р.

На рис. 14 дана схема частотного модулятора, представляющего собой автогенератор, частота которого изменяется при изменении емкости варикапа. Емкость варикапа изменяется под воздействием напряжения модуляции.

На рис. 15 дана схема фазового модулятора, представляющего собой транзисторный генератор с внешним возбуждением, фаза напряжения которого изменяется при изменении емкости варикапа. Емкость варикапа изменяется под воздействием напряжения модуляции. Варикап включен в параллельный колебательный контур. Изменение емкости контура приводит к его расстройке относительно резонансной частоты. Сопротивление контура при этом приобретает реактивный характер, и появляется фазовый сдвиг между током и напряжением на контуре. При небольших расстройках зависимость фазового сдвига от частоты для параллельного контура - линейная, при этом фазовый сдвиг составляет не более -. Такому фазовому сдвигу соответствует девиация частоты 600-1000 Гц.

Рис. 14. Схема частотного модулятора

Рис. 15. Схема фазового модулятора

При значительных расстройках контура относительно резонансной частоты зависимость фазового сдвига от частоты становится нелинейной, поэтому модуляция невозможна из-за нелинейных искажений.

На рис. 15.6 представлена структурная схема модулятора, в котором для получения частотной модуляции используется фазовый модулятор.

Рис. 16. Структурная схема модулятора, в котором для получения частотной модуляции используется фазовый модулятор (КАГ - кварцевый генератор, ФМ - фазовый модулятор, УЧ - умножитель частоты, S - интегратор)

Эта схема применяется в радиопередатчиках низовой связи. Её достоинство состоит в том, что относительная нестабильность частоты на выходе модулятора е. Недостатком является малая девиация частоты на выходе: (600-1000) Гц. Для устранения этого недостатка после фазового модулятора включается умножитель частоты. Так для радиопередатчиков низовой связи включают три умножителя частоты, два из которых умножают частоты на два, один - на три. Тогда девиация частоты такого радиопередатчика удовлетворяет требованиям Регистра(?f5) кГц.

В Вещательных радиопередатчиках с частотной модуляцией девиация частоты ?f = 50 кГц. Для получения такой девиации частоты применяется частотный модулятор. Однако относительная нестабильность частоты такого модулятора е . Поэтому применяется автоматическая подстройка частоты (рис. 17).

Рис. 17. Структурная схема возбудителя с частотной модуляцией (ЧМ - частотный модулятор, ДЧ - делитель частоты, ФД - фазовый детектор, КАГ - кварцевый автогенератор, ФНЧ - фильтр нижних частот, ФПЧ - фазовая подстройка частоты)

В схеме используется делитель частоты для уменьшения девиации частоты на входе фазового детектора. При коэффициенте деления делителя = 1000 девиация частоты уменьшается в 1000 раз, а коэффициент частотной модуляции m 1. Известно (рис 15.3), что при m ? 2,3 в спектре частотно-модулированного сигнала отсутствует несущая частота. Уменьшение величины m до величины m 1 не приведет к сбою в работе схемы автоматической подстройки частоты из-за пропадания несущей частоты в спектре сигнала.

Размещено на Allbest.ru