При амплитудной модуляции амплитуда колебаний несущей частоты изменяется звуковыми или видеосигналами, что вызывает появление сигналов боковых частот или боковых полос. Более подробно это описано в следующих разделах данной главы. Сигналы боковых полос и несущая образуют составное колебание, амплитуда которого изменяется в соответствии с модулирующим сигналом.
В случае транзисторных цепей для амплитудной модуляции колебаний несущей могут быть использованы несколько способов. Один из них состоит в модуляции напряжения смещения транзистора. В этом случае рабочая точка, соответствующая немодулированному напряжению смещения, находится за пределами отсечки и амплитуда колебаний несущей устанавливается таким образом, чтобы немодулированные пики оказались посреди области между состояниями насыщения и отсечки. Модулирующее напряжение включается последовательно с постоянным напряжением смещения, приложенным к базе. Поэтому результирующее напряжение смещения будет изменяться в соответствии с модулирующими сигналами, в результате чего выходной сигнал окажется модулированным. В биполярных транзисторах, таким образом, необходимо изменять ток базы. В случае же канальных приборов вследствие их очень высокого входного сопротивления можно было бы просто изменять входное напряжение. Аналогично этому при достаточно большом сопротивлении, включенном в цепь базы, вторичную обмотку модулирующего трансформатора можно было бы включить последовательно с эмиттером для изменения смещения в соответствии с модулирующим сигналом. При любом способе модуляции путем изменения смещения может произойти перегрузка модуляционного каскада, так что необходимо следить за тем, чтобы удерживать модулирующий сигнал, в пределах границ, определяемых пределами возможного размаха тока коллектора (от нуля до тока насыщения).
Широко используется схема модуляции в цепи коллектора (или в цепи стока в случае полевого транзистора). Однотакт-ная схема такого способа модуляции показана на рис. 6.1. Модулирующий сигнал вводится последовательно в цепь питания коллектора транзистора Т1 оконечного каскада усилителя несущей, работающего в режиме класса С. Для этой цели используется вторичная обмотка L5 выходного звукового (или видео-) трансформатора, называемого модулирующим трансформатором.
Для получения несущей применяется генератор с кварцевой стабилизацией частоты, сигнал которого усиливается до требуемого уровня при помощи нескольких последовательно включенных каскадов усиления класса С (см. разд. 15.1 и рис. 15.1). Перед модулятором на транзисторе Т2 также обычно используется несколько каскадов усиления звуковых сигналов. На первый из этих каскадов поступает сигнал от микрофона или другого источника (телефона, магнитофона и т. д.).
В схеме, показанной на рис. 6.1, колебания несущей на выходе резонансного контура в отсутствие модуляции имеют постоянную амплитуду. Поскольку ток коллектора транзистора Т1 усилителя класса С протекает через вторичную обмотку модулирующего трансформатора, любое падение напряжения на этой вторичной обмотке будет складываться или вычитаться из. напряжения, прикладываемого к коллектору. (Ссылка на напряжение используется для пояснения процесса, поскольку любое изменение приложенного напряжения в режиме класса С вызывает изменение коллекторного тока. Поэтому в процессе-модуляции изменяются также и уровни мощности.)
Функционально модулятор является обычной высококачественной системой усиления звуковых сигналов. Когда на микрофон (или другой звуковой преобразователь) воздействует звук, на выходе L4 появляется отображающий его сигнал. В случае-положительного полупериода звукового колебания на выходе-верхний конец обмотки L5 находится под положительным потенциалом, а нижний — под отрицательным. При этом условии напряжение звуковой частоты эффективно увеличивает напряжение, приложенное к усилителю класса С, поскольку полярность звукового колебания совпадает с полярностью положительного напряжения источника коллекторного питания +17. В этом случае (рис. 6.1) амплитуда колебаний несущей увеличивается на величину, равную амплитуде звукового модулирующего сигнала. При отрицательном выходном звуковом модулирующем сигнале верхний конец обмотки L5 будет находиться под отрицательным потенциалом, а нижний — под положительным. Это напряжение в данном случае имеет полярность, обратную полярности напряжения источника питания +U, и общее напряжение, приложенное к усилителю класса С, уменьшается. В этом случае, как показано на рис. 6.1, амплитуда колебаний несущей уменьшается. Если к модулятору больше не прикладываются: звуковые сигналы, амплитуда несущей опять принимает свое первоначальное значение, соответствующее номинальной мощности несущей.
Рис. 6.1. Однотактная схема амплитудной модуляции.
Если эквивалентное активное сопротивление колебательного контура имеет постоянное значение, то мощность несущей изменяется пропорционально квадрату напряжения. Поэтому при: полном размахе модуляции пиковая выходная мощность колебания несущей усилителя класса С достигает величины, в четыре раза превышающей уровень мощности немодулированной несущей. В соответствии с этим при полной (100%-ной) модуляции амплитуда колебаний несущей изменяется от нуля до удвоенной амплитуды немодулированной несущей.
Рис. 62. а — перемодуляция; б — 50%-ная модуляция; в — частота верхней боковой полосы модуляции; г — частота нижней боковой полосы модуляции.
В процессе модуляции средний ток коллектора, поступающий к усилителю класса С от источника питания, не изменяется, поскольку последовательные увеличения тока коллектора,, вызываемые модулятором, уравновешиваются аналогичными: уменьшениями тока коллектора. При 100%-ной модуляции выходная мощность модулятора должна быть равна половине входной мощности усилителя класса С. В этом определении под входной мощностью усилителя класса С понимается произведение постоянного напряжения коллектора усилителя класса С на постоянный ток коллектора. Во время передачи звуковых, музыкальных или видеосигналов глубина модуляции постоянно изменяется вследствие изменений амплитуды, которые имеют место для различных уровней громкости, прикладываемых к входу модулятора. Глубина модуляции определяется отношением мощности модулирующего сигнала к половине входной мощности усилителя несущей.
Если амплитуда модулирующего сигнала слишком велика, это может привести к перемодуляции (рис. 6.2, а). При перемодуляции в течение короткого интервала времени амплитуда несущей падает до нуля, вследствие чего возникают искажения. Поэтому необходимо следить за тем, чтобы пики звукового модулирующего сигнала не приводили к глубине модуляции, превышающей 100%. Если уменьшить глубину модуляции, то (рис. 6.2, б) изменение амплитуды составного сигнала несущей становится менее отчетливым.
Как показано на рис. 6.2, в и г, в процессе амплитудной модуляции для каждой частоты модулирующего сигнала образуются две боковые частоты модуляции радиочастотных сигналов. Поэтому, если несущая имеет частоту 1000 кГц и модулирована сигналом частотой 400 Гц, частота сигнала одной боковой полосы будет на 400 Гц больше частоты несущей, т. е. будет равна 1000,4 кГц, а частота сигнала другой боковой полосы будет на 400 Гц меньше частоты несущей, т. е. 999,6 кГц. Если бы несущая была модулирована сигналом частотой 1000 Гц, сигнал верхней боковой полосы имел бы частоту 1001 кГц, а сигнал нижней боковой полосы — 999 кГц. При наличии в модулирующем сигнале колебаний нескольких частот образуется несколько боковых частот модулированных колебаний.
Изменения амплитуды модулированных колебаний, показанных на рис. 6.1, свидетельствуют об изменении мощности составного сигнала, включающего составляющие боковых полос, В процессе амплитудной модуляции амплитуда колебаний собственно несущей частоты не изменяется, однако мощности сигналов боковых полос изменяются пропорционально уровням амплитуды модулирующего сигнала. В случае модуляции в цепи коллектора мощность сигнала боковой полосы определяется модулятором. Поэтому сигнал, показанный на рис. 6.1, представляет собой сумму несущей и составляющих боковых полос. Если составное колебание с изменениями амплитуды подвергнуть процессу фильтрации для удаления составляющих верхней и нижней боковых полос модуляции, останется сигнал несущей постоянной амплитуды.
В схеме, показанной на рис. 6.1, коэффициент трансформации модулирующего трансформатора выбирается таким образом, чтобы обеспечить согласование выходного импеданса трансформатора с импедансом усилителя класса С. Модулированная несущая прикладывается к параллельному резонансному контуру и передается на вторичную обмотку L2, с которой колебания снимаются для подачи в антенную систему (в случае модуляции при высоком уровне сигнала) или на вход линейного усилителя класса В (при низком уровне сигнала).