Модуляція і схеми модуляторів

Модуляція — це процес, завдяки якому з використанням допоміжного коливання спектр керувального сигналу переноситься до ділянки вищих частот із метою здійснення багатоканальної передачі інформації випромінюванням, а також за допомогою дротів, хвилеводів, світловодів. При цьому один із параметрів допоміжного коливання, яке називають носійним, змінюється (модулюється) за законом зміни керувального сигналу. Відповідно дістають амплітудну, частотну, фазову модуляцію або модуляції інших видів.

Амплітудна модуляція може бути здійснена як на нелінійному, так і на параметричному елементах.

Якщо частоти сигналів на вході нелінійного елемента вибрати такими, що й то резонансний фільтр, настроєний на частоту ω₀, при добротності

(6.9)

з усієї сукупності здобутих після перетворення частот (рис. 6.3) виділить першу гармоніку струму i₁, яка містить три складові:

(6.10)

При цьому структура виділеного сигналу повністю відповідає рівнянню (1.12), що описує амплітудно-модульований сигнал.

Для АМ найчастіше використовують резонансний підсилювач, який працює в нелінійному режимі та настроєний на частоту ω₀. Сигнал з частотою О змінює положення РТ на ВАХ підсилювача, тобто змінює крутість підсилення коливань із частотою ω₀ і тим самим змінює коефіцієнт підсилення

. (6.11)

 

 

Рис. 6.3. Діаграма спектрів сигналів на вході (а) і виході (б) амплітудного модулятора

 

 

Для вхідних напруг модулятора треба виконувати умову

(6.12)

Залежно від того, на який електрод електронного приладу подають модулювальну напругу, що змінює положення його РТ, розрізняють такі види модуляції:

• з подачею модулювального сигналу на керувальний електрод (базова, затворова, сіткова модуляції);

• з подачею модулювального сигналу на керований електрод (колекторна, стокова, анодна модуляції);

• комбіновану.

На рис. 6.4, а показано часові діаграми процесу АМ з використанням квадратичної ділянки ВАХ транзистора, а на рис. 6.4, б — з використанням відсікання колекторного струму. Схему модулятора з подачею модулювального сигналу на керувальний електрод (базу) для зміщення положення РТ транзистора за законом зміни сигналу зображено на рис. 6.5, а.

 

Рис. 6.4. Часові діаграми, що ілюструють АМ на квадратичній ділянці ВАХ

транзистора (а) і при відсіканні колекторного струму (б)

 

Початкове положення РТ встановлюється резистором R1. Вона має розташовуватися в середині лінійної ділянки модуляційної характеристики — залежності коефіцієнта підсилення (передачі) модулятора на носійній частоті від напруги на електроді, на який подається модулювальний сигнал (між базою та емітером). При квадратичній модуляції для побудови модуляційної характеристики вибирають амплітуду носійного коливання близько 1 мВ, а при модуляції з відсіканням колекторного струму — близько 100 мВ.

Напруга сигналу високої частоти через роздільний конденсатор С_p подається безпосередньо на базу транзистора і підсилюється каскадом як резонансним підсилювачем, настроєним на частоту ω₀. Для досягнення більшої розв'язки між сигналами напруга керувального сигналу з частотою Ω. через конденсатор С´_p підводиться до емітера транзистора і зміню положення його РТ (а з ним і коефіцієнт передачі каскаду за високою чаcтотою) за законом зміни сигналу низької частоти.

Рис. 6.5. Спрощені принципові схеми базового (а) й автоколекторного (б) модуляторів

 

На рис. 6.5, б показано схему авто-колекторного модулятора, який вивчається в середній школі. Це амплітудний модулятор, побудований на автогенераторі, в колекторне коло якого ввімкнено трансформатор, через який напруга звукової частоти вводиться в колекторне коло транзистора. Під впливом цієї напруги змінюється амплітудне значення коливань контурі й відбувається АМ. Ця схема має суттєвий недолік, який полягає в тому, що збудження коливань в автогенераторі можливе тільки при вмиканні джерела живлення. Транзистор у початковий момент знаходиться в закритому стані, тобто в режимі жорсткого самозбудження, і може бути відкритий тільки стрибком струму в котушці при заряджанні конденсатора, що досягається завдяки резистору R1, який забезпечує м'який режим самозбудження транзистора, і конденсатору С_p , що запобігає короткому замиканню струму бази через котушку 33.

Частотний модулятор є яскравим прикладом параметричного перетворення електричних сигналів. Частотний модулятор (рис. 6.6, а) побудовано на основі автогенератора, в коливальний контур якого введено параметричний елемент, наприклад варикап VD. За допомогою подільника напруги R3, R4 на нього подається постійна напруга для фіксації положення РТ і початкової ємності варикапа. Через роздільний конденсатор С_p на варикап подається сигнал частотою Ω, який змінює його ємність за законом зміни сигналу низької частоти. Ця ємність приєднується паралельно контуру автогенератора. Зміна ємності контуру призводить до зміни частоти коливань автогенератора.

Схема частотного модулятора, побудованого на реактивному транзисторі, складніша (рис. 6.6, б). Якщо в коло бази біполярного транзистора ввімкнено резистор R_M і конденсатор С_м, то за умови

(6.13)

завдяки частотно залежному 33 вихідний опір транзистора

(6.14)

де реактивна складова залежить від крутості характеристики транзистора. Останньою зручно керувати, якщо транзистор працює в режимі з відсіканням струму, а на базу подається керувальний сигнал, який змінює кут відсікання. Транзистор VТ1, приєднаний паралельно контуру L_КС_К, змінює частоту коливань автогенератора, побудованого на транзисторі VТ2.

Рис.6.6. Принципові схеми частотного модулятора, побудованого на варикапі (а) і

реактивному транзисторі (б)