|Ak|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2π |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
АИМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Ω |
Ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Ω |
|
|
|
|
ω1 |
|
2ω1 |
|
3ω1 |
||||||||||||
|Ak|
|
|
|
|
|
|
2π |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2π |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
τ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ |
|
|
|
|
|
|
ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω0-3ω1 |
|
ω0-ω1 |
|
|
|
|
ω0 ω0+ω1 ω0+3ω1 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆ω=4π⁄τ |
|||||||||||||||||||||
Рис. 4.18. Процесс построения спектра для радиоимпульсов
5. МОДУЛЯТОРЫ И ДЕМОДУЛЯТОРЫ
5.1. Амплитудные модуляторы
Процесс модуляции сопровождается изменением спектра несущего колебания, а поэтому модуляционное устройство должно содержать либо нелинейные элементы, либо линейные, но с изменяющимися при модуляции параметрами.
Найдём передаточную функцию K(jω, t) амплитудного модулятора
K(jωt) =UAM(t) |
=U(1+mcosΩt)cosω1t =1+mcosΩt |
, |
(5.1) |
|
1 |
UН(t) |
U cosω1t |
||
|
|
|
||
где UАМ(t) сигнал на выходе амплитудного модулятора; UН(t) – несущее колебание.
66
Таким образом, передаточная функция не зависит от частоты ω1 и соответствует усилителю, у которого коэффициент усиления меняется пропорционально величине 1+ mcosΩt . Это изменение может быть осуществлено различными способами в зависимости от вида активного элемента, используемого в модулируемом усилителе.
Рассмотрим схему амплитудного модулятора построенного на полевых транзисторах. Ток стока полевого транзистора является функцией напряжений на затворе и стоке, т.е.
IC = f (U З ,UC ) |
(5.2) |
Следовательно, модуляцию можно осуществить изменением напряжения на любом из электродов.
5.1.1. Затворная модуляция. Принципиальная схема затворного модулятора с изменением напряжения приведена на рис. 5.1.
Модулирующее напряжение UΩ(t) вводится в цепь затвора последовательно с источником постоянного смещения ЕСМ. Амплитуда высокочастотного напряжения UH(t), поступающего от источника стабильного ВЧ-возбудителя, в процессе модуляции остается неизменной. Емкость С1 является блокировочной и обладает малым сопротивлением для тока несущей частоты ω1 и большим –для тока частоты модулирующего сигнала Ω.
Так как частота Ω значительно меньше частоты ω1, можно считать, что напряжение смещения составлено из постоянного напряжения источника смещения ЕСМ и медленно меняющегося напряжения низкой частоты, т.е.
UЗ=EСМ+UΩcosΩt. (5.3)
C2
VT1
EC
T1 |
L2 |
T2
Вход UН(t)
C1
Выход UАМ(t) Вход UΩ(t)
R
-Ecm
Рис. 5.1. Схема затворного модулятора
67
Временные диаграммы, поясняющие работу затворного модулятора, приведены на рис. 5.2.
ΙС |
iC |
Εcm |
t |
U3 |
|
UАМ(t) |
|
U3 |
t |
|
|
UΩ |
|
t |
|
Рис. 5.2. Временные диаграммы при затворной модуляции |
|
Ток стока полевого транзистора, кроме полезной составляющей (первой гармоники), амплитуда которой меняется по закону модулирующего сообщения, содержит постоянную и медленно меняющуюся составляющие, а также высшие гармоники. Для того чтобы исключить вредные продукты преобразования, в качестве нагрузки полевого транзистора используется резонансный контур с высокой добротностью. На контуре создает заметное напряжение только первая гармоника тока стока. Поэтому огибающая напряжения на контуре, а следовательно, и выходное напряжение изменяются по закону модулирующего сигнала.
Полевой транзистор при таком режиме использования представляет собой по отношению к высокочастотному напряжению UН(t) линейное устройство с переменным параметром – крутизной S(t), управляемой модулирующим напряжением. По отношению к низкочастотному напряжению полевой транзистор является нелинейным устройством.
Проведем анализ работы затворного модулятора. К входу полевого транзистора приложено напряжение
UЗ=EСМ+UΩcosΩt+Ucosω1t . (5.4)
Аппроксимируем сток-затворную характеристику полевого транзистора полиномом второй степени, а именно:
i |
= a |
0 |
+ a U |
+ a U 2 . |
(5.5) |
C |
|
1 Ç |
2 Ç |
|
68
Подставляя значения Uз в выражение для iс (5.5) находим
iC = a0 + a1(EСМ +UΩcosΩt +Ucosω1t) + a2 (EСМ +UΩcosΩt +Ucosω1t)2 = = a0 + a1(EСМ +UΩcosΩt +Ucosω1t) + a2 (EСМ2 +UΩ2 cos2 Ωt +U 2cos2ω1t + + 2EСМUΩcosΩt + 2EСМUcosω1t + 2UΩUcosΩtcosω1t).
.
Определим напряжение на выходе затворного модулятора. Контур настроен на частоту ω1 и представляет для колебаний этой частоты сопротивление Rk. Тогда
U ВЫХ = RK (a1Ucosω1t + 2a2 EСМUcosω1t + 2a2UΩUcosΩtcosω1t) =
= RKUcosω1t(a1 + 2a2 EСМ )(1 + 2a2+UΩcosΩt ). a1 2a2 EСМ
Введя обозначения
R |
U(a |
+ 2a |
2 |
E |
СМ |
) =U * ; |
|
2a2UΩ |
= m , |
(5.6) |
|
|
|
||||||||||
K |
1 |
|
|
|
|
a1 |
+ 2a2 EСМ |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
получим |
|
|
=U * (1 + mcosΩt)cosω t , |
|
|||||||
|
U |
ВЫХ |
(5.7) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
где m – коэффициент амплитудной модуляции.
Таким образом, как следует из выражения (5.7), выходной сигнал является амплитудно-модулированным, а анализ выражения (5.6) показывает, что при работе на линейном участке вольт-амперной характеристики (а2 = 0) осуществить амплитудную модуляцию невозможно.
5.1.2. Стоковая модуляция. Для получения АМ-сигнала при стоковой модуляции используется зависимость тока стока полевого транзистора от напряжения стока UC. Принципиальная схема стокового модулятора приведена на рис. 5.3.
C1
|
VT1 |
|
|
|
L2 |
|
EC |
T1 |
|
T2 |
|
|
|
||
|
T3 |
|
|
Вход UH(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
UAM(t) |
Вход U? |
|
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
-Ecm |
|
|
|
Рис. 5.3. Схема стокового модулятора |
|
|
69
Принцип работы сводится к следующему: к стоку полевого транзистора приложено напряжение
UC = EC +UΩcosΩt , |
(5.8) |
изменяющееся около значения Ec с частотой модулирующего сигнала; в результате этого изменяется амплитудное значение импульсов тока, за счет чего реализуется АМ. Типовая модуляционная характеристика при стоковой модуляции показана на рис. 5.4. По ней можно выбрать начальное напряжение на стоке Ес и максимальную амплитуду модулирующего напряжения UΩ.
Максимальный коэффициент модуляции определится как
m=∆IC /IC . |
(5.9) |
Следует отметить, что для получения большей крутизны статической модуляционной характеристики нужно использовать, по возможности, триодный участок выходной характеристики транзистора, где крутизна велика. Сравнение схем затворного и стокового модуляторов позволяет сделать следующий вывод: преимуществом стокового модулятора является то, что источники модулирующего сигнала и носителя не связаны друг с другом; стоковому модулятору свойственно большее значение коэффициента амплитудной модуляции и больший коэффициент полезного действия; при затворной модуляции от источника модулирующего сигнала потребляется меньшая мощность.
Ic
∆ΙС
Ic
Ec
Ecm
UΩ UΩ
Рис. 5.4. Модуляционная характеристика при стоковой модуляции
70