3.7. МОДУЛЯЦИЯ

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Амплитудную модуляцию можно осуществлять в нелинейных и параметрических цепях. Ниже рассматриваются нелинейные модуляторы, имеющие более широкое распространение.

На рис. 3.22а изображена схема нелинейного амплитудного модулятора, в котором в качестве нелинейного элемента

Рис. 3.22

применяется диод На схему действуют два напряжения: высокочастотное и низкочастотное Вольт-амперную характеристику диода аппроксимируем полиномом второй степени

Пренебрегая влиянием выходного напряжения на ток (что в данной схеме можно сделать, если эквивалентное сопротивление контура значительно меньше дифференциального сопротивления диода), имеем

Подставляем (3.66) в (3.65):

Представляя это выражение в виде суммы гармонических колебаний различных частот, строим спектр тока. В соответствии с общими правилами, сформулированными на с. 62, спектр тока (рис. 3.226) содержит первые и вторые гармоники частот и и комбинационные частоты второго порядка Для получения AM колебания нужно из всего спектра выделить компоненты с частотами что достигается пропусканием тока через колебательный контур, настроенный на частоту Составляющие тока с частотами, близкими к определяются как

Если характеристика контура такова, что для частот и а для остальных компонент тока то на контуре получаем AM напряжение

которое можно записать в виде

где

Глубина модуляции напряжения тем больше, чем сильнее нелинейность характеристики, определяемая и амплитуда модулирующего сигнала Изменение огибающей AM колебания пропорционально модулирующему сигналу поэтому модуляция оказывается неискаженной.

Если в той же схеме характеристику нелинейного элемента аппроксимировать полиномом третьей степени то спектр тока при входном напряжении (3.66) будет содержать уже по три гармоники частот и и комбинационные частоты второго и третьего порядков Этот спектр построен на рис. 3.23а. Для получения неискаженной модуляции нужно, как и прежде, поставить фильтр (например, контур),

выделяющий из всего спектра тока только компоненты частот Однако, поскольку полоса пропускания фильтра должна определяться наибольшей возможной частотой модуляции в спектре модулирующего сигнала будут и частоты значительно меньшие Яшах, для большинства частот фильтр не позволит избавиться от составляющих Наличие же этих компонент означает модуляцию высокочастотного колебания частотами искажение огибающей.

Рис. 3.23

На практике в качестве нелинейных элементов модуляторов чаще используются не диоды, а транзисторы или лампы (триоды, пентоды). Модулируемое высокочастотное напряжение подают во входную цепь нелинейного элемента. Модулирующий же сигнал вводят в цепи различных электродов: в транзисторах — в цепь базы или коллектора (соответственно базовая или коллекторная модуляция), в электронных лампах чаще всего в цепь управляющей сетки (сеточная модуляция) или анода (амодная модуляция). Рассмотрим схему базовой модуляции транзисторе (рис. 3.24). Напряжение на базе содержит, пароме смещения определяющего положение рабочей точки, колебания низкой и высокой частот

Рис. 3.24

Здесь (высокочастотное напряжение; модулирующее низкочастотное напряжение. На рис. 3.25а-в по характеристике прибора методом проекций построена зависимость от времени. Коллекторный ток

представляет последовательность импульсов, отличающихся друг от друга высотой и углом отсечки 0. Если разложить каждый из этих импульсов тока в ряд Фурье за период высокой частоты получим постоянную составляющую и гармоники высокой частоты.

Рис. 3.25

Напряжение на контуре, настроенном на частоту создается только первой гармоникой

Изменение высоты и ширины импульсов тока во времени приводит к изменению амплитуды с низкой частотой Поэтому выходное напряжение получается модулированным по амплитуде (рис. 3.25г).

Режим работы модулятора, определяемый величинами и нельзя выбирать таким, чтобы все мгновенные значения находились в пределах линейного участка характеристики транзистора, так как в этом случае коллекторный ток будет иметь такую же форму, что и амплитуда высокочастотной составляющей будет постоянной, а потому напряжение на выходе окажется немодулированным.

При осуществлении модуляции могут возникать искажения огибающей AM колебания. Оценка величины искажений и выбор режима работы, обеспечивающего их отсутствие, по характеристике прямой передачи практически невозможны. Для решения этой задачи целесообразен иной подход к рассмотрению работы модулятора. Напряжение можно рассматривать как сумму высокочастотного колебания и напряжения смещения медленно изменяющегося с низкой частотой, а модуляцию

как следствие изменения смещения, приводящего к изменению импульсов тока и их первой гармоники. Так как амплитуда выходного напряжения пропорциональна для получения неискаженной модуляции требуется, чтобы амплитуда изменялась пропорционально изменению напряжения смещения. Зависимость от при постоянной амплитуде называется статической модуляционной характеристикой. Она может быть рассчитана по статической характеристике прибора рис. 3.26а: при неизменной амплитуде и различных смещениях с помощью одного из методов спектрального анализа определяем амплитуды и строим зависимость которая и является статической модуляционной характеристикой.

Рис. 3.26

Отметим некоторые ее особенности. При смещении, равном напряжению запирания получаются импульсы тока с углом втсечки а потому Амплитуда уменьшится до нуля, когда смещение достигнет величины . Если при изменении смещения колебание не выходит за пределы линейного участка статической характеристики транзистора, амплитуда не меняется. Обычно в средней части статической модуляционной характеристики имеется линейный участок Для получения неискаженной модуляции с наибольшей глубиной нужно выбирать рабочую точку А на середине этого участка (смещение

) и использовать низкочастотный модулирующий сигнал с такой амплитудой при которой работа происходит в пределах участка MN. В этом случае изменение во времени (жирная линия «а графике не отличается от модулирующего сигнала, т. е. имеет место неискаженная модуляция. Если взять большую амплитуду при которой в процессе работы будут использоваться нелинейные участки модуляционной характеристики, огибающие окажутся искаженными и притом тем сильнее, чем больше

Для построения зависимости и аналогичного графика достаточно симметрично ниже оси абсцисс провести вторую огибающую и промежуток между огибающими заполнить колебаниями частоты (рис. 3.26 б). Коэффициент модуляции в соответствии с обозначениями рис. 3.26 может быть подсчитан по статической модуляционной характеристике как