Лекция 26 (лекции по УГФС), страница 5

Во всех случаях комбинированной модуляции главенствующая роль принадлежит анодной или коллекторной модуляции. Остальные виды модуляции носят вспомогательный характер и способствуют линейности модуляции, облегчению теплового режима АЭ модулируемого генератора, выравниванию нагрузки на источник возбуждения, что также способствует повышению качества модуляции.

Несмотря на более сложную схемотехнику по сравнению с другими способами осуществления АМ тройная модуляция признана единственным приемлемым вариантом для современных радиопередатчиков звукового вещания в диапазонах длинных, средних и коротких волн, благодаря тому, что она обеспечивает высокие качественные показатели и неизменный КПД независимо от уровня модуляции. Наблюдается интенсивное внедрение комбинированной коллекторной модуляции в телевизионные передатчики сигналов изображения.

Возможная схема модулятора для одновременной модуляции на анод выходного и предвыходного каскадов передатчика представлена на рис.26.10.

Обычно коэффициент модуляции анодного тока в предвыходном каскаде делают порядка m = 0,6…0,8. Действительно, при тройной модуляции в выходном каскаде в режиме минимальной мощности сеточный ток I_{С0МИН РЕЖ} → 0, соответственно Е_{С МИН РЕЖ} → 0 и для обеспечения анодного тока i_A = 0 при Е_А = 0 при 100% модуляции нет необходимости иметь U_{МС МИН} = 0. Достаточно иметь U_{МС МИН} ≈ Е_С0 (см. рис.26.5). В этом случае необходимый коэффициент модуляции напряжения возбуждения

.

Расчёты для реальных ламп приводят к значениям m_C ≈ 0,6…0,8. Очевидно, коэффициент амплитудной модуляции предвыходного каскада должен быть такой же величины.

П ри осуществлении тройной коллекторной модуляции или при одновременной коллекторной модуляции выходного и предвыходного каскадов при нулевом смещении в выходном каскаде требуемый коэффициент модуляции напряжения возбуждения выходного каскада m_Б ≈ 0,6…0,8, то есть такой же, как в случае лампового генератора. Действительно, если Е_Б = 0, то нулевое значение коллекторного тока получается при U_МБ ≈ Е ^/_Б (см. рис.26.11). Соответственно, для обеспечения 100% коллекторной модуляции нет необходимости иметь U_{МБ МИН} = 0, а достаточно обеспечить U_{МБ МИН} ≈ Е ^/_Б. Необходимый коэффициент модуляции напряжения возбуждения

.

Расчёты для реальных устройств приводят к значениям
m_Б ≈ 0,6…0,8. Такой же величины должен быть коэффициент амплитудной модуляции предвыходного каскада.

Модулятор для комбинированной коллекторной модуляции может быть построен как и для комбинированной анодной модуляции с трансформаторным выходом. Однако, как уже отмечалось, в транзисторных генераторах с коллекторной модуляцией наиболее широко применяется схема последовательного включения транзисторов модулирующего и модулируемого генераторов, то есть модулятора и высокочастотного генератора. Поэтому при одновременной коллекторной модуляции выходного и предвыходного каскадов передатчика в модуляционном устройстве предусматривается два выходных каскада, один из которых, более мощный, работает на выходной каскад передатчика, а второй работает на предвыходной каскад передатчика. В обоих случаях модулирующий и модулируемый генераторы включаются по схеме рис.26.8.

Модулятор для комбинированной модуляции при одновременной анодной или коллекторной модуляции выходного и предвыходного каскадов передатчика рассчитывается на мощность

,

где η_ТР – КПД модуляционного трансформатора (в схеме модулятора с последовательным включением транзисторов η_ТР = 1); P_0Н – мощность, потребляемая по анодной (коллекторной) цепи выходного каскада.

Как видно, чем меньше коэффициент модуляции предвыходного каскада m_С,Б, тем меньше требуемая мощность модулятора. Поэтому и по этой причине нецелесообразно осуществлять в предвыходном каскаде 100% амплитудную модуляцию. В случае ламповых генераторов лампа для предоконечного каскада при комбинированной модуляции может быть выбрана на меньшую номинальную колебательную мощность, чем при отсутствии модуляции предоконечного каскада: лампа предоконечного каскада выбирается как для генератора с анодной модуляцией на мощность

,

где P_{ВОЗБ МАКС РЕЖ} – мощность возбуждения выходного каскада в максимальном режиме; m_С – коэффициент модуляции напряжения возбуждения выходного каскада, равный коэффициенту модуляции предвыходного каскада.

Если учесть, что m_C ≈ 0,6…0,8, то выигрыш в выборе лампы по мощности оказывается весьма существенным (примерно в 1,6…1,8 раза), что может оказаться весьма важным для практической реализации передатчика. Обратим внимание, что в транзисторных генераторах такой возможности нет.

При одновременной анодной или коллекторной модуляции выходного и предвыходного каскадов входной ток (ток сетки, ток базы) выходного каскада изменяется синхронно и синфазно с напряжением возбуждения и модулирующего сигнала, тогда как при «простой» (одинарной) или двойной модуляции с использованием сеточного (базового) автосмещения входной ток выходного каскада и модулирующий сигнал изменяются противофазно (см. рис.26.4). Синфазное изменение входного тока с напряжением возбуждения выравнивает нагрузку предвыходного каскада, являющегося возбудителем выходного каскада, что способствует уменьшению нелинейных искажений, повышая этим качество модуляции. При одновременной модуляции выходного и предвыходного каскадов более постоянным по напряжённости оказывается режим выходного каскада (если учесть, что максимальный режим близок к критическому, то в любой точке модуляции режим получается близким к критическому или критическим).

Е сли выходной каскад передатчика выполняется по схеме с общей сеткой (ОС), то одновременная модуляция предвыходного каскада становится ещё более необходимой, чем в случае схемы с общим катодом (ОК). Дело в следующем. В схеме с ОС часть мощности в нагрузке создаётся за счёт проходной мощности от источника возбуждения (см. лекцию 14). В силу этого при Е_{А МИН} = 0 в выходном каскаде с ОС при анодной модуляции анодный ток не прекращается и в нагрузке существует мощность за счёт источника возбуждения – предвыходного каскада. СМХ при анодной модуляции генератора с ОС показана на рис.26.12, на котором для сравнения показана СМХ генератора с ОК (см. рис.26.2,а).

Как видно из рис.26.12, если в режиме несущей частоты в генераторе с ОС выставить режим как в генераторе с ОК, то есть взять Е_АН = Е_{А МАКС} /2, то при уменьшении Е_А до нуля в генераторе с ОС, в отличие от генератора с ОК, не получится 100% модуляция (анодный ток не уменьшается до нуля). Для получения 100% модуляции в генераторе с ОС надо рабочую точку по оси Е_А сместить левее, то есть взять напряжение постоянного источника питания анода, обеспечивающего Е_АН < Е_{А МАКС} /2, при этом амплитуда модулирующего сигнала U_АΩ потребуется больше. Однако наиболее целесообразной является одновременная модуляция выходного и предвыходного каскадов. При этом сокращается и нелинейный участок СМХ в её нижней части.

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 26:

1. Покажите на схемах рис.26.1 места приложения напряжений U_AΩ cosΩt и U_КΩ cosΩt.

2. Запишите выражения для мгновенных напряжений во входной и выходной цепях лампового и транзи-
сторного генераторов соответственно с анодной и коллекторной модуляцией. В чём отличие от ГВВ без
модуляции? Поясните.

3. Покажите пути протекания составляющих сеточного тока в схеме рис.26.6. Как изменится входная цепь
рис.26.6, если Е_{ИСТ СМ} не требуется? Поясните.

4. Обращаясь к лекции 4, определите напряжение запирания (отсечки) анодного тока лампы при Е_А = 0. По-
чему в выражении (I) следует считать Е ^/_С при Е_А = 0 равным – Е_С0, а не Е_С0? Поясните.

5. Дайте сравнение СМХ при анодной и коллекторной модуляции с СМХ при сеточной и базовой модуля-
ции соответственно. Что вы можете сказать в отношении возможных нелинейных искажений при этих
видах амплитудной модуляции? При какой АМ возможно обеспечить меньшие нелинейные искажения?

6. Покажите пути протекания составляющих токов в схемах модуляторов рис.26.7.

7. Поясните назначение всех элементов в схемах рис.26.8. Покажите пути протекания составляющих токов
транзисторов.

8. Напишите выражения для мгновенных напряжений на входе и выходе, а также на переходе коллектор-
база транзисторного генератора с коллекторной модуляцией и базовым автосмещением. Чему равно
результирующее напряжение на переходе коллектор-база при Е_К = 0?

9. Поясните назначение элементов в схеме модулятора рис.26.10. Покажите пути протекания всех возмож-
ных токов в схеме.

10. Назовите, какие вы видите преимущества в возможности выбора ламп по номинальной колебательной
мощности для генераторов с анодной модуляцией, в том числе и при комбинированной анодной модуля-
ции выходного и предвыходного каскадов передатчика.

11. Поясните суть одинарной, двойной и тройной анодной и коллекторной модуляций. Каким модуляциям
отдаётся предпочтение на практике и почему?

1 Напомним, что в общем случае зависимость любого параметра режима ГВВ от напряжения питания соответствующего электрода представляет своего рода СМХ.

2 См. лекцию 24, выражение (24.7), которое также следует и из (26.3).

3 Напомним, что при модуляции смещением рассеиваемая на аноде (коллекторе) мощность в режиме несущей частоты около 2P_~Н.

4 При модуляции «постоянная» составляющая сеточного тока (среднее значение тока за период несущей частоты) при сеточном автосмещении изменяется практически по линейному закону (рис.26.4). Соответственно, .

5 В мощном генераторе, например, при Е_АН = 10 кВ напряжение источника должно регулироваться до 20 кВ при токе в несколько десятков ампер. Такой источник будет достаточно сложным, дорогим и громоздким и, главное, не нужным для эксплуатации генератора.

6 По напряжённости режим принимается критическим, соответственно составляющие тока определяются через коэффициенты разложения косинусоидального импульса.

7 Как и в высокочастотном ГВВ (см. лекцию 15), при θ = 90° в составе тока нет нечётных гармоник кроме первой, а применение трансформатора с магнитопроводом устраняет появление на выходе чётных гармоник.

8 На самом деле за счёт нижних «хвостов» у статических ВАХ анодного тока ламп имеет место некоторый ток при отсутствии модулирующего сигнала (обычно считают этот ток порядка 0,1…0,15 I_{A0 МОД МАКС}, где
I_{A0 МОД МАКС} – максимальное значение постоянной составляющей анодного тока ламп модулятора при m = 1).

437