Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989), страница 41

Проведя несложные преобразования и отбросив высокочастотные составляющие спектра, запишем С, (!) =- С„„+ С„соз 42(+ С„соз 2(ег, (5.29) $6.8. Расчет частотного модулятора на варикапе Электрические схемы частотных модуляторов различаются главным образом способом связи варикапа с резонатором автогенератора. Наиболее просто реализуются схемы с емкостной связью, один из вариантов которых изображен на рис.

5.25, а. Здесь автогенератор выполнен на биполярном транзисторе по схеме Клаппа. Варикап связан с колебательным контуром С,С,С т' с помощью емкости С„. Постоянное смещение на варикап поступает от источника питания Е„через делитель )ст)с„модулирующее напряжение— через разделительную емкость Ср,. глг 1— йамаа Г 'Ч а) Рис, 5.25. Принципиальная электрическая Га) и эквивалентная 02) скемы частотного модулятора Изображенную на рис. 5.25, а схему транзисторного автогенератора можно успешно применять на тех частотах, где выполняется соотношение Г"„я; 0,5 Гр, где Гр — граничная частота транзистора.

Если 0,5 Гр ')„- 0,2 Г,, то к транзистору следует подключить корректирующую цепочку. Расчет схемы частотного модулятора целесообразно проводить в такой последовательности. Прежде всего нужно рассчитать схему автогенератора, далее выбрать варикап и рассчитать его режим, На заключительном этапе оценивается емкость связи варикапа с резонатором и рассчитывается делитель напряжения )т',Яя. Расчет автогенератора проводится по методике, известной из расчета задающих автогенераторов, при этом определяются следующие величины и параметры схемы: амплитуда первой гармоники напряжения на базе транзистора Уа,, амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе транзистора У„,; коэффициент включения контура к выходным электродам транзистора р; параметры контура Ь, С~ „ффСх, где С~ — суммарная емкость, включенная между базой и эмиттером транзистора, включающая емкость варикапа и С„; Сх — полная емкость контура, пересчитанная к индуктивности.

Выбор варикапа. Для уменьшения нелинейных искажений следует применять варикап с возможно большей средней емкостью Сач [см. выражения (5.35) и (5.27)!. Максимальное значение С,„ограничено двумя факторами. Во-первых, с ростом С„ падает граничная частота варикапа в „р -††!/(С, г,) и, следовательно, его добротность 9 =- е„р/ы„. Для уменьшения влияния варикапа на стабильность несущей частоты автогенератора желательно, чтобы на частоте генерации добротность 1;) была достаточно высокой: () = 50 ... ! 00.

Во-вторых, с ростом С„становится неравномерной динамическая модуляционная характеристика модулятора. На практике выбирают С, по возможности большой (при Я = 50), а модуляционную характеристику проверяют экспериментально. Расчет режима варикапа. Рабочий диапазон напряжений смеще. ния на варикапе — это диапазон напряжений, при которых р-лпереход закрыт: 0 ... ил,„, где и„,„— максимально допустимое напряжение. В указанном диапазоне постоянное смещение на варикапе можно выбрать любым в зависимости от потребностей разработчика и наличия источников напряжения. В этом случае необходимо выполнять следующие соотношения: .„п„=(7„— и,— ()„, ~0, цв ~и» == (!„и т' (7о г (7„! ( пх~ц.

Амплитуду модулирующих колебаний рассчитывают по (5.33) при заданном я „ и выбранному (7„. Если амплитуда ()о задана, то по (5.33) находят (7„. Полезное изменение емкости варикапа ЛС,!С„можно рассчитать по (5.34), полагая )ЛС,) = С„. Коэффициенты я, и р, рассчитывают по (5.26) и (5,27).

Зная коэффициент включения варикапа в резонатор, можно рассчитать амплитуду первой гармоники высокочастотного напряжения на варикапе (7„- — -р,(7„,„„, где ()„,„„=- ()„!!р, (/„!, р (коэффициент связи контура с коллектором транзистора) известны из расчета автогенератора. Расчет емкостей С„и С,, В соответствии с рис. 5.25, б ив~ ! иш )озСм 1 ()еС~О) -! 1)(!(оС~~) откуда С„=, " С,„, С, =С!— ;иб1 ив~ Сво + Ссн Уравнения для расчета частотною модулятора на варикапе. Выпишем уравнения для определения режима и параметров частотного модулятора в порядке, удобном для расчета: 4 !)и = — ь„; ~+! !) в Сх з) Рю —. ~/ Сва з) ио-и;!(и„,ч Р„); 4) и„,=р„и„,.р; ЛСв 5)— С во алы, ын Т) й„ 5С,.Сьч оа /1, /Тх 1 !) Еп 4В; 2) — — 470 хОм.

/Т~+ ое Й1 т )Тз ()~пах Сна Второе условие вводится для того, чтобы нагрузка источника модулирующего сигнала была постоянной в полосе частот Евин ... Е „. Пусть Я,йа/(/(т + /тз) = 5 кОм, тогда (Тт =- 5,6 хОм; мз =. 45,5 хОм. В 5.9. Фазовые модуляторы Фазовый модулятор — зто управляемый фазовращатель. Простейшим фазовым модулятором может служить колебательный контур с нелинейной емкостью, управляемой источником модулирующих колебаний (рис. 5.26). Известно, что фазовый сдвиг между напряжением и„(/) и током /„(/) контура зависит от его настройки.

Действительно, /„= (/„)'„, где /„, ()н — комплексные амплитуды тока и напряжения; у =С ге) — (' — — — )=у Е ° 1 /ю Оэр) !г н н ' ( ) к р ыр -- полная проводимость контура; г„=)/ е!е — '( — — — '); (йгрн — ()( — — )! /ез юр( ыв ы Он — резонансная проводимость; р — характеристическое сопро- тивление; юв — резонансная частота; !р„ — фаза полной проводя- мости. 206 йа йг', т (. ! Сщ 6) Сев Сва 3) С1=-Ст Саз Сев/(Сва ( Сев). (.б ' (/ю Пример расчета.

Требуется рассчитать частотный модулятор со следующими параметрами: несущая частота /„= 15 МГц; относительная девиация частоты Л/д//н — -' 0,5 10 а; иоэффициейт гармоник йг ( 5%', диапазон модулнрующих частот 300 ... 3400 Гц. Выбираем схему модулятора, изображенную на рис. 5.25. Из расчета автогенератора известны следующие его параметры: (/в~ = 0,4 В; Е„= 4,5 В; Сщ = 0,4 В; р —.

0,22; С; = 410 пф; Сз = 410 пФ; Са = 120 пф; Сз=- 90 пФ. Выбираем варииап КВ!04Е, емхость которого Сва — 100 пФ при иа-. 4В и добротность (1 = 150 на частоте 1О МГц (т. е. О == 1ОО на / — 15 МГц). Предельные параметры варниапа: (/д „---- 45 В; Рао„=- 100 мВт. Степень нелинейности вольт-фарадной харахтерйстихн т — — !/2. Чтобы смещение на варихап можно было подавать от источника иоллехторного питания транзистора Ея =- 4,5 В, выбираем постоянное смещение на варихапе, блнзхое этой величине. Пусть (/во = 4 В, тогда (/о = О!3; лс /С„= ОООТ; р,.= 01!6; ф— — !ОО пф; (/„= 06В; й„- == 0 015! (/зт = 0 2 В: Сз = 360 пФ.

Рассчитаем резнстивйый делитель /т',/тз в цепи смещения варихапа, учи. тывая следующие условия: При малых отклонениях в от вр в вр 2ов (осу ~ ср вр со вр поэтому ср„2Щв!оз . (5. 36) с Если емкостью контура является варикап, на который поступает низкочастотное модулирующее напряжение, то резонансная частота контура вр — — вв изменяется в соответствии с (5.26). Подставив (5.26) в (5.36), получим ср„=- = — ИСвйв)Сво. Допустим, что емкость С, (() изме- у, с; к с„ уомад няется во времени с частотой ьс: блад~~ С-З-( С. Щ = Сво + Свз соз И =- Сво + С + ЛС, (().

Учитывая (5.34), запи- уе дул ис 4» шем р.(() = — —,, 9й,й„соки(, т. е. индекс фазовой модуляции Влад ИЧ Ф = — Щ, йт (5.37) » -)- ! Рис. 5.26 . Пр иннин пал ьная влек . Представим (5.37) в виде трическая схема фазового модуля. тора »ц-! Ф Еу. Как видим, для уменьшения нелинейных исказсениб в фазовых модуллторак следует применять варикапы с возмомно большими значениями» )резкие и сверхрезкие р-п-перекоды) и высокодобротные контуры, уменьшать индекг модуляции Ф, увеличивать коэффициент Ав, На практике для получения малых я„берут и, = ! (см. рис. 5.26) и ограничиваются значениями Ф = )5 ...

20'. Уменьшить нелинейные искажения можно, усложнив схему фазового модулятора, например включив два варикапа в двухконтурную колебательную систему (рис. 5.27) (4!. Здесь на входе и выходе модулятора использованы 3-дБ аттенюаторы из резисторов Яз-- е(а и )со — сто для развязки модулятора от соседних каскадов передатчика с целью, увеличения стабильности статической модуляционной характеристики в диапазоне температур.

Частотная модуляция с помощью фазовых модуляторов применяется для разделения функций генерации и модуляции. При этом появляется возможность стабилизировать несущую частоту, например с помощью кварцевых автогенераторов. Поскольку при фазовой модуляции одновременно изменяется и частота колебаний,то задача состоит лишь в том, чтобы добиться постоянства девиации частоты сзвя в полосе модулирующих частот г" с„... г',„. Из (5.20) следует, что девиация частоты на выходе фазового модулятора пря- мо пропорциональна модулирующей частоте ьа. Для устранения этой зависимости в схему устройства следует включить какой-либо элемент, отклик которого обратно пропорционален входной частоте ь«. Этим элементом может быть интегрирующая цепочка.

Действительно, амплитуда напряжения на выходе интегрирующей цепочки и,= и„„7(ИС при Л »(а.,„с)-, (5.38) где Ун„— амплитуда входного напряжения низкой частоты. В«ад «ад Рнс. 527. Принципиальная электрическая схема фазового мо. дулятора с малыми нелинейными искажениями Функциональная схема частотного модулятора рассматриваемого типа изображена на рис. 5.28. Если в (5.37) подставить й„из (5.33) и учесть, что Уя = Уя!(()„, + тр„), где (/я определяется (5.38), то Ф = «С(я,Ун,11(У, + ~р„)ь«йС! и из (5.20) имеем Лгл~ = «(1д У„,!1((7„, + тр„) «(С1, т. е.

Лю„не зависит от ь«, Достоинством рассматриваемого способа модуляции, как уже отмечалось, является возможность получения ЧМ-колебаний при вы- сокой стабильности несущей чааваач Я ип В . „, СтОты. Недостатком можно счи- Фаэадми Веч«В жму«ямал тать малую девиацию частоты с Л~д = Ло)д/(2п). 1 " В соответствии с (5.20) Л)д = = Р,„Ф (с ростом частоты в поло- се Р„„н ". Ртах Л)д остается поРнс. 5.28. Функцнональная схема стоянной из-за пропорционального получения частотной модуляцнн уменьшения Ф). При Рт!а = —.= 300 Гц и Ф =20' Л)д — — 105 ГцЧтобы Лу была приемлемой — несколько десятков килогерц,— необходимо примекять умножители частоты. Фазовые манипуляторы. В современных радиопередатчиках широко прймеияется фазовца манипуляция, т. е. модуляция дискретным сигналом. В качестве фазовых манипуляторов используют дискретные фазовращатели, которые бывают проходного или отража- 210 тельного типа (19).