Лекция 24 (лекции по УГФС), страница 5

Несколько слов об особенностях модуляторов для генераторов с АМ смещением.

Так как частотные и нелинейные искажения при осуществлении АМ, как уже отмечалось, возникают не только в тракте высокой (несущей) частоты, но и в тракте низкой (модулирующей) частоты, то качество модуляции в сильной мере зависит и от схемы модулятора.

Модулятор, как уже отмечалось, представляет усилитель низких частот (УНЧ), нагруженный на входную цепь АЭ модулируемого генератора (на цепь сетки или базы соответственно, см. рис.24.5). Назначение модулятора состоит в том, чтобы создать на входных электродах лампы или транзистора необходимую величину модулирующего напряжения (см. рис.24.11) при малых нелинейных искажениях. В ламповых генераторах при работе с сеточными токами входная цепь представляет для модулятора сугубо нелинейную нагрузку, так как сеточный ток лампы, в отличие от анодного, изменяется при модуляции несимметрично относительно рабочей точки, соответствующей режиму несущей частоты (режиму молчания).

Д ело в том, что статические ВАХ анодного и сеточного токов смещены относительно друг друга на величину напряжения запирания Е ^/_С, соответственно сеточный ток появляется только при заходе мгновенного напряжения на сетке в положительную область и СМХ анодного и сеточного токов также оказываются сдвинутыми относительно друг друга на величину напряжения Е ^/_С, как показано на рис.24.12. При модуляции вверх изменение сеточного тока I_C0, нагружающее модулятор, практически равно его значению в максимальном режиме, а при модуляции вниз изменение тока I_C0, нагружающее модулятор, равно значению тока в режиме несущей частоты I_{C0 Н} и практически близко к нулю. Очевидно, что модулятор по-разному нагружается во время положительной и отрицательной полуволн модулирующего напряжения.

В транзисторном генераторе входной (базовый) и выходной (коллекторный) токи начинаются и заканчиваются при одинаковых напряжениях на базе Е_Б и изменения тока I_Б0, определяющие нагрузку модулятора, оказываются более равномерными при модуляции вверх и при модуляции вниз. Соответственно нагрузка модулятора оказывается почти постоянной, что облегчает построение качественного модулятора.

М одуляторы для АМ смещением строят по схеме УНЧ с трансформаторным выходом (выходные трансформаторы таких схем представлены на рис.24.5). При этом в ламповом варианте вторичная обмотка трансформатора обязательно шунтируется резистором, что позволяет выровнять нагрузку модулятора и этим улучшить его качественные показатели. Очевидно, подключение шунтирующего резистора R_Ш приводит к необходимости увеличения мощности модулятора на величину

.

Трансформаторная схема модулятора обычно применяется в передатчиках служебной связи с полосой звуковых частот порядка (200…3000) Гц. При необходимости передачи более широкой полосы частот применяется реостатно-дроссельная схема, обладающая лучшей частотной характеристикой. Пример такой схемы в транзисторном варианте показан на рис.24.13.

Следует отметить, что в профессиональных радиопередатчиках базовая модуляция, в отличие от сеточной, в чистом виде никогда не применялась, так как, помимо общих недостатков модуляции смещением, ей присущи и свои, обусловленные спецификой транзисторов. В частности, с повышением рабочей частоты в транзисторных генераторах за счёт внутренней обратной связи возрастает реакция выходной цепи на входную, что в принципе делает невозможным получение 100% модуляции. Нелинейные искажения при базовой модуляции получаются больше, чем при сеточной. Применяется базовая модуляция в сравнительно маломощных передатчиках служебной связи при большом допустимом коэффициенте нелинейных искажений (до 15 – 20%).

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 24:

1. Как будет выглядеть векторная диаграмма, подобная показанной на рис.24.2,а в момент пика модуляции?
А как в момент минимального режима? Поясните.

2. Почему, по вашему мнению, колебания частот (ω ± Ω) носят название боковых? Поясните.

3. Что можете сказать о модуляции смещением при заходе в перенапряжённый режим генератора?

4. Как будет выглядеть СМХ (24.10^/ ), если в качестве обобщённого параметра х принять

,

что представляется как бы более логичным при рассмотрении (24.11)? Почему, по вашему мнению, вы-
брано именно такое определение параметра х (24.11^/ )?

5. На основании (24.12^/ ), используя (24.11^/ ), запишите уравнение вида y₀(x) при θ = const. Чему оно соот-
ветствует? В чём отличие его от y(x) (24.12)?

6. Запишите все приведенные по тексту лекции формулы и выражения в терминах транзисторного генера-
тора. Какие и где возможны отличия?

7. Запишите полное выражение для максимального обратного напряжения на переходе база-эмиттер при
напряжениях смещения согласно рис.24.11.

8. Дайте сравнение СМХ рис.24.9 и рис.24.12. Как связаны СМХ I_A1(E_C) и I_A0(E_C)?

9. Дополните схемы рис.24.5 модуляторами с показом всех цепей питания и подачи модулирующего сигна-
ла.

10. Покажите пути протекания всех составляющих токов во входной цепи модулируемого генератора и в
выходной цепи модулятора. Поясните назначения элементов в схеме.

1 В данном случае понятие «частота» является синонимом понятия «круговая частота». В общем случае частота F, которой соответствует круговая частота Ω = 2πF; частота f, соответствующая ей круговая частота
ω = 2πf.

2 Используемые названия модулятор и модулируемый генератор сложились исторически и, по мнению автора, корректны в отражении сути процесса модуляции. В то же время на современном этапе введен термин модулятор применительно к высокочастотному генератору, в котором осуществляется модуляция, что представляется автору некорректным. Суть рассматриваемых процессов и их описание от названий, очевидно, не зависят.

3 Термины «телефонный» (режим) и «молчания» сложились исторически на ранних этапах развития радиопередающих устройств. При этом термин «телефонный» появился в связи с необходимостью разграничения двух основных использовавшихся в то время видов работы: «телефонного» и «телеграфного». Телефонный вид работы соответствовал передаче речи, соответственно модулирующий сигнал отсутствовал при «молчании» у микрофона. Термин «режим несущей частоты» появился позже и смысл его будет пояснён ниже. По мнению автора этот термин носит более общий характер и введение его вполне обоснованно и оправдано.

4 Согласно представленному рисунку модулирующий сигнал появился с момента времени t₀. До этого момента существовал только высокочастотный сигнал (*).

5 При построении векторной диаграммы за исходный следует принять вектор, соответствующий первому слагаемому выражения (24.5). Очевидно, расположен вектор на плоскости может быть произвольно, что соответствует произвольному времени соответственно и произвольной текущей фазе отображаемого вектором колебания. Положение векторов, отображающих два других колебания, жёстко связывается с положением первого вектора и эти векторы располагаются в каждый момент времени симметрично относительно его.

6 Из графического представления АМ колебания (рис.24.1,а) видно, что при появлении модулирующего сигнала с момента времени t₀ он как бы садится на высокочастотный сигнал, который «несёт» его далее на себе. Отсюда и идёт происхождение понятий: несущая частота, режим несущей частоты и т.п.

7 Подобные искажения важны при передаче любых сигналов. К ним могут добавляться и другие, важные именно для конкретных сигналов и передатчиков. Например, в телевизионных передатчиках важны также фазовые искажения, искажения плоской части синхронизирующих и гасящих строчных и кадровых импульсов и др.

8 Статические и динамические модуляционные характеристики генератора не следует путать со статическими ВАХ и динамическими характеристиками анодного (коллекторного) тока АЭ ГВВ.

9 В случае радиопередатчика, очевидно, весь высокочастотный тракт, через который проходит модулированное колебание, должен быть рассчитан на симметричное прохождение колебания с минимальными частотными искажениями.

10 При АМ амплитуда высокочастотного сигнала пропорциональна модулирующему сигналу (24.1) и измерить её непосредственно амперметром или вольтметром не представляется возможным, так как модулирующий сигнал непрерывно изменяется. Также невозможно измерить амперметром или вольтметром максимальное (минимальное) значение сигнала, так как это значение имеет место лишь мгновение. Кроме того, высокочастотные амперметры – это, как правило, приборы теплового типа, следовательно, они обладают большой инерцией. При модуляции показания такого амперметра, которые можно фиксировать, будут пропорциональны средней мощности за период модулирующего сигнала (24.9), то есть , и, как следует из последнего соотношения, даже при линейной модуляции будут иметь нелинейную зависимость. Следовательно, пользоваться такой зависимостью неудобно. Поэтому в динамическом режиме, то есть при подаче модулирующего сигнала, вместо зависимостей или тока в контуре , которые невозможно снять, или , вместо которой непосредственно возможно снятие зависимости , где p, Q – коэффициент включения и добротность контура, представляющих амплитудные характеристики, снимают зависимость при
Ω = const, которую по аналогии с выше указанными называют амплитудной модуляционной характеристикой.

11 В более широком смысле под СМХ понимается зависимость любого параметра, характеризующего режим АЭ или генератора в целом от напряжения питания на модулирующем электроде. В отдельных случаях АМ осуществляется изменением напряжений в цепях двух или более электродов АЭ, соответственно и СМХ таких генераторов представляет зависимость параметра от одновременного изменения напряжений на этих электродах.

12 Напряжение смещения в режиме несущей частоты Е_{С Н} , Е_{Б Н} соответствует напряжению смещения в рабочей точке на рис.24.4.

13 Представленный рис.24.6 соответствует значению коэффициента D = 0, что для рассматриваемого момента непринципиально, но более наглядно.

14 Очевидно, можно воспользоваться эквивалентной схемой рис.9.4, заменив в ней комплексную нагрузку эквивалентным сопротивлением настроенного контура R_oe.

15 См. лекцию 4, ф. (4.15а).

16 К такому выводу можно прийти, если разложить зависимость в ряд по степеням cos θ и использовать любое из выражений (4.15) для cos θ.

17 При заходе смещения в положительную область резко возрастает сеточный ток, нагружающий модулятор. При модуляции вниз сеточный ток прекращается и нагрузка модулятора оказывается другой. Таким образом, модулятор оказывается работающим на сугубо нелинейную нагрузку. В генераторах на биполярных транзисторах ток базы существует в течение всего периода модуляции, соответственно нагрузка модулятора получается более постоянной.

18 Для улучшения линейности модуляции для расчётов может быть принято .

19 Среднее значение тока за период несущей (высокой) частоты (см. лекцию 5).

20 Для снятия СМХ нужен регулируемый источник смещения. Обычно нет проблем наличия или изготовления подходящего источника. Настройка лампового и транзисторного генератора осуществляется одинаково.

409