ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Для получения частотной модуляции нужно, чтобы частота колебаний автогенератора изменялась под действием первичного сигнала На рис. 3.31 приведена схема автогенератора (обведена пунктирной линией), вырабатывающего синусоидальное

Рис. 3.31

Рис. 3.32

напряжение с частотой и, приблизительно равной резонансной частоте контура Следовательно, изменение частоты генерируемых колебаний может быть достигнуто изменением емкости или индуктивности контура. Для осуществления частотной модуляции параллельно контуру генератора подключают параметрический элемент — реактивное управляемое сопротивление величина которого изменяется под воздействием модулирующего сигнала:

Рассмотрим случай, когда в качестве сопротивления используется емкость Частота генерируемых колебаний определяется формулой

где Изменение общей емкости контура на величину вызывает изменение частоты на Разлагая правую часть (3.72) в ряд Тейлора и ограничиваясь для первыми двумя членами разложения, получаем

Если изменять индуктивность контура так, чтобы относительное изменение частоты будет

В рассмотренных случаях изменение частоты колебаний происходит пропорционально изменениям или Знак «минус» в (3.73) и (3.74) является следствием того, что увеличение индуктивности или емкости контура ведет к уменьшению частоты колебаний. Из выражений (3.73) и (3.74) следует, что если изменяются пропорционально первичному сигналу и притом в небольших пределах, изменение частоты также пропорционально иа, т. е. частотная модуляция будет неискаженной.

В качестве управляемого сопротивления в транзисторных генераторах обычно используют варикапы, подключаемые к генератору, как показано на рис. 3.32. На варикап В подается смещение и модулирующее напряжение . Остальные элементы на рис. 3.32 имеют вспомогательное значение: емкость большей величины разделяют цепи питания генератора и варикапа по постоянному току, позволяя в каждой из них установить нужные напряжения; добавочное сопротивление Яд величиной порядка сотен килоом включается для того, чтобы источник смещения и вторичная обмотка трансформатора не шунтировали контур генератора.

Емкость варикапа с резким -переходом определяется из (2.22) для При постоянном напряжении на варикапе Выражая в через и считая получим

где Относительное изменение емкости

или после разложения в ряд Тейлора

Примем в качестве отклонения нормированное значение низкочастотного модулирующего сигнала

Из (3.76)

Следовательно, емкость варикапа изменяется с частотой и ее гармоник; кроме того, изменяется и ее среднее значение.

Если емкость контура состоит только из емкости варикапа то согласно (3.72) относительное изменение частота колебаний

Заменяя здесь х двумя первыми слагаемыми (3.76), получим уравнение модуляционной характеристики автогенератора с варикапом

т. е. зависимости отклонения частоты генератора от изменения напряжения на варикапе. Поскольку эта зависимость нелинейная, ЧМ, возникающая при воздействии напряжения (3.77), должна сопровождаться искажениями (изменением частоты генерации с частотами и сдвигом средней частоты. Подставляя (3.77) в (3.78), получаем:

Из (3.79) получаем следующие выражения для девиации частоты по первой гармонике, коэффициента нелинейных искажений по второй гармонике определяемого отношением девиаций по второй и первой гармоникам, и сдвига средней частоты генератора:

Таким образом, увеличение девиации частоты сопровождается увеличением искажений и сдвига средней частоты.

В качестве управляемого реактивного сопротивления используются также специальные транзисторные и ламповые схемы, называемые соответственно реактивными транзисторами или лампами. Рисунок 3.33 поясняет реализацию таких схем с помощью управляемого нелинейного элемента УНЭ (транзистора или лампы). Первая гармоника тока входной цепи безынерционного синфазна с входным гармоническим напряжение и может быть определена как

где средняя крутизна

Для превращения УНЭ в реактивный элемент нужно при передаче напряжения на вход УНЭ осуществить сдвиг фаз на 90°. Это достигается введением параллельно УНЭ фазовращателя состоящего из элементов питаемого по высокой частоте со входным напряжением Если пренебречь входным током УНЭ, то ток в фазирующей цепи а высокочастотное напряжение на входе УНЭ

Обычно выбирают величины столь большими, чтобы и притом Тогда эквивалентное (управляющее) сопротивление реактивного каскада оказывается

Теперь для получения реактивного сопротивления достаточно выбрать одно из сопротивлений или активным, другое — реактивным. Так, если то согласно (3.83)

Рассматриваемая схема оказалась эквивалентной реактивному сопротивлению с отрицательной мнимой частью, изменяющемуся обратно пропорционально частоте. Подобными свойствами обладает емкость

Приравнивая правые части (3.84) и (3.85), получаем величину эквивалентной емкости Если же выбрать с фазовращателем эквивалентен индуктивности

Для осуществления ЧМ модулирующее напряжение можно будет подать во входную цепь УНЭ (см. рис. 3.33). Если УНЭ работает в нелинейном режиме, изменение смещения приведет к изменению первой гармоники тока высокой частоты, а значит, и средней крутизны Последнее приведет к

изменению во времени а следовательно, и со, т. е. к ЧМ. Для получения неискаженной ЧМ требуется, чтобы при малых изменениях С или ток изменялся пропорционально смещению в пределах линейного участка статической модуляционной характеристики прибора (см. рис. 3.26 б).

Рис. 3.33

Рис. 3.34

При использовании рассмотренных простейших фазовращателей обычно выбирают при этом сдвиг фаз между составляет эквивалентное сопротивление схемы оказывается комплексным, а его изменение приводит не только к полезной ЧМ, но и к нежелательной AM. Для ослабления этого эффекта можно, например, последовательно включить в фазовращателе две идентичные цепочки как это показано ниже на рис. 3.34, с тем, чтобы на нужных частотах общий сдвиг фаз

Реактивные транзисторы получили широкое распространение в микроэлектронике в качестве перестраиваемых емкостей и индуктивностей. В качестве примера на рис. 3.34 приведена схема колебательного контура, образованного двумя реактивными транзисторами: левая часть схемы эквивалентна емкости правая — индуктивности Изменение смещений во входных цепях транзисторов приводит к изменениям и резонансной частоты контура.