Контрольные вопросы

1. В каких системах, комплексах и устройствах в настоящее время применяется импульсная модуляция?

2. Структурная схема и принцип работы модулятора для получения АИМ.

3. Структурная схема и принцип работы модулятора для получения ШИМ.

4. Где и для каких целей применяются немодулированные последовательности радиоимпульсов?

5. Изобразите эквивалентную схему импульсного модулятора с накопительным конденсатором. Покажите цепи заряда и разряда ёмкости .

6. Расскажите, как работает принципиальная схема модулятора ШИМ.

7. Расскажите, как работает принципиальная схема модулятора с накопительной ёмкостью. Какие параметры этой схемы и как влияют на качество модуляции?

8. Расскажите о ходе расчётов данной лабораторной работы.

9. Каким образом можно уменьшить длительность переднего и заднего фронтов модулирующего импульса?

10. Как снизить величины паразитных емкостей ? На что они влияют?

11. Предложите пути улучшения показателей схемы рис. 6. В чём они состоят?

Методические указания

Импульсную модуляцию широко используют в диапазоне СВЧ в радиолокации, в радионавигации, в многоканальных системах передачи информации.

П

Генератор

импульсов

Модулятор

Усилитель импульсов

1

2

К генератору СВЧ

ростейшими видами импульсной модуляции является амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) и широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Структурная схема реализации АИМ приведена на рис. 1.

3

Усилитель модулирую-щего напряжения

Рис. 1. Структурная схема реализации АИМ

Э

пюры напряжений схемы рис. 1 приведены на рис. 2. В схеме рис. 1 генератор импульсов вырабатывает последовательность коротких видеоимпульсов, которые имеют постоянную амплитуду, скважность и частоту следования. Модулирующее напряжение может быть произвольной формы. В модуляторе происходит амплитудная модуляция этих импульсов по амплитуде.

(1)

0

(3)

0

(2)

0

Рис. 2.

При реализации ШИМ длительность выходных импульсов должна линейно зависеть от величины модулирующего напряжения, а импульсы должны иметь прямоугольную форму. При этом структурная схема рис. 1 сохраняется, но изменяется принцип построения модулятора. Один из возможных вариантов построения модулятора ШИМ приведён на рис. 3.

ГПИ

U_Ω

U_П

U_Ω

Рис. 3

В схеме рис. 3 пилообразное напряжение с генератора пилообразного напряжения (ГПИ) поступает на управляющею сетку пентода. На сопротивлении подается модулирующее напряжение . В исходном состоянии (когда отсутствуют и , подбором напряжений на аноде и экранной сетке, добиваются равенства . Ток присутствует. На управляющей сетке действует отрицательное смещение

При достижении величины лампа откроется и на её выходе будут треугольные импульсы постоянной длительности. Для превращения этих импульсов в прямоугольные, увеличивают их амплитуду (усилением) и ограничивают их сверху. При подаче в цепь катода модулирующего напряжения на управляющей сетке лампы будет сумма трёх напряжений:

Среднее значение пилообразного напряжения будет меняться с частотой модуляции Ω. Эпюры напряжения на данном модуляторе приведены на рис. 4.

0

0

ШИМ

0

Рис. 4

Кроме рассмотренных АИМ и ШИМ часто используются (например, в радиолокации) последовательность не модулированных прямоугольных импульсов (рис. 2, эпюры 1). Чтобы получить генерируемый высокочастотный импульс СВЧ близкий к прямоугольному, видеоимпульс, вырабатываемый модулятором должен быть близким к прямоугольному. Высокая крутизна нарастания этих импульсов способствует повышению точности определения координат объектов в радиолокации.

Рассмотрим импульсные модуляторы с емкостным накопителем. На рис. 5 представлена эквивалентная схема импульсного модулятора с емкостным накопителем (последовательная).

Рис. 5. Эквивалентная схема импульсного модулятора с емкостным накопителем.

В схеме рис. 5 накопительная ёмкость заряжается от источника постоянного напряжения до величины . Постоянная времени заряда . Величину сопротивления не учитываем потому, что . это сопротивление активного элемента генератора (лампа, транзистор или магнетрон) постоянному току. Постоянная времени разряда примерно равна , где активное сопротивление постоянному току ключа (К): . Поскольку обычно , то заряд происходит медленнее, а его разряд быстро. При этом за короткое время отдаёт свою накопленную энергию генератору (он является источником анодного напряжения генератору).

На рис. 6 представлена схема модулятора с емкостным накопителем (в качестве ключа К используется модуляторный триод Л1).

Рис. 6. Схема модулятора с емкостным накопителем.

На схеме рис. 6 левая часть с Л1 – это реализация эквивалентной схемы рис. 5. Здесь ключ К выполнен на модуляторной лампе Л1. Правая часть – генератор СВЧ на триоде Л2 с заземленным анодом. На форму импульсов модулятора сильное влияние оказывают паразитные емкости монтажа . Время нарастания модулирующего импульса определяеться:

где:

Время спада (задний фронт модулирующего импульса ):

Спад амплитуды импульса вызван разрядом в течении длительности импульса :

где:

Накопительная емкость выбирается из условия допустимого снижения напряжения :

где: ток во время импульса.

На рис. 7 представлена форма модулирующего импульса, полученная согласно приведенных выше выражений (где t – длительность коммутирующего импульса).

Рис. 7