Н.М. Изюмов, Д.П. Линде - Основы радиотехники (1083412), страница 87
Текст из файла (страница 87)
При этом девиация частоты пропорциональна силе звукового сигнала (амплитуде модулирующего напряжения): Ав4 А(/ . График изменения и' ЧМ колебаний во времени изображен на рис. 11.11. Рассмотрим связь между ФМ и ЧМ сигналами. Круговая частота колебаний равна изменению фазового угла ф за единицу времени, т.
е. представляет собой скорость изменения фазы колебаний. Если кругован частота изменяется, то следует говорить о ее мгновенном эна- 280 чении. Поскольку фаза колебаний при ФМ изменяется по закону (11.14), т. е. складывается из трех составляющих: Рнв 11.11. Частотно-модулированные колебания одной, изменяющейся с постоянной скоростью в,, другой, изменяющейся по синусоидальному закону, и третьей постоинной составляющей рв то угловая частота, т.
е. скорость изменения фазы, также складывается из скоростей, с которыми изменяются все три ее составляющие. При синусоидальных колебаниях и= (!о з!па! мгновенная скорость их изменения определяется выражением в(Го сов а! (см. гл, 1). Поэтому скорость изменения второй составляющей фазы равна Ибф сов И!. Так нак скорость изменения первой составляющей во постоянна, а для третьей составляющей равна нулю, то общая скорость изменения фазы, т.
е. угловая частота, в = ао + Ибф соз И !. (11.17) Сравнивая это выражение с (11.16) для частоты ЧМ колебаний, нетрудно видеть, что по форме они совершенно идентичны и, следовательно, при ФМ одновременно возникает ЧМ и наоборот. Девиация частоты при ФМ Ав = Ибф. (11.18) Поскольку Аф пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала, то девиация частоты получается пропорциональной не только силе звука, но и его частоте, т. е. при ФМ высокие звуковые частоты создают ббльшую девиацию частоты, чем низкие. Очевидно, что при ЧМ наблюдается обратная картина: индекс возникающей ФМ обратно пропорционален частоте модулирующего сигнала: Ь<р = йв/Я = [), (11.19) т.
е. более низкие звуковые частоты создают более глубокую модуляцию, чем высокие. Все сказанное указывает на возможность преобразования одного вида колебаний в другой. Теоретическое исследование ЧМ и ФМ колебаний показывает, что они могут быть представлены в виде бесконечной суммы гармонических (сннусоидальных) колебаний, частоты которых отличаются на частоту модулирующего сигнала: и = из ([)) з!им, ! + и, (В) [з!п ( , + + Й) ! — з!п (юа — О) !) + + (/~ ([)) [з!и (ы~ + 2 О) / + з(п (а»в — 2()) ![+ ...
+(/„([)) [з!п(юа+ + и И)»+ ( — 1)п з! п (юз — и Я) ![ + ... (1!.20) Иными словами, в случае ЧМ и ФМ возникает бесконечный спектр боковых частот. Казалось бы, что передача и прием таких колебаний невозможны. Однако, как показывает анализ, амплитуды боковых частот довольно быстро убывают с увеличением их 'номера, причем тем быстрее, чем меньше индекс модуляции. Оказывается, что колебания всех боковых частот, номера которых больше индекса модуляции, выраженного в радианах, имеют амплитуды менее !О— 15»/; от амплитуды колебаний несущей частоты и содержат не более 1 — 2т« всей энергии.
Поэтому практически с ними можно не считаться. При индексе модуляции 0 < ! колебания всех боковых частот с номером выше единицы оказываются столь слабыми, что можно считать нх отсутствующими. В этом случае, как видно нз выражения (11.20), практичеснн в спектр входят несущая частота и две боковых, т. е. то же, что и при амплитудной модуляции.
Такую частотную (или фазовую) модуляцию называют узкополосной. Однако помехи оказывают меньшее влияние на прием сигналов, у которых 0)> 1, У них номер последней боковой частоты, которую требуется использоватгь и = В = бы/О. (11.21) В этом случае ширина спектра 2 Ьям«нс = 2 и Й = 2 бы (! 1,22) т. е.
при ш и р о к о п о л ос н о й частотной модуляции, когда ВЪ1, ширина используемого спектра нолебаний раина удвоенной девиации частоты. Поскольку при этом виде модуляции девиация частоты обычно во много раз превышает частоту модулирующего сигнала, то- ширина спектра получается большой. Последнее обстоятельство не позволяет использовать частотную модуляцию в диапазонах ДВ, СВ и КВ. Практически частотная модуляция применяется в передатчиках метрового диапазона и на более коротких волнах. Частотную модуляцию часто осу!цествляют с помощью электронных ламп, кгггорые благодаря специальному слособу включения играют роль переменных реактивных сопротивлений, под. ключаемых параллельно колебательному ноптуру генератора с самовозбуждением (такие лампы называются «реактивными»).
Если изменять нх эквивалентное сопротивление по закону передаваемого сигнала низкой частоты, то резонансная частота. контура, а следовательно, и частота генерируемых колебаний будут также изменяться соответственно модулнрующему напряжению. На рис. 11.12,а приведена одна из схем ЧМ с реантивной лампой. Лампа, обладающая малой проницаемостью (обычно берется пентод), подключается параллельно колебательному контуру генератора. На ее аноде действует переменное напряжение подключенного контура. Лампа играет роль 'реактивного сопротивления, если протекающий через нее ток сдвинут относительно переменного аиодного напряжения на 90'. Для создания такого сдвига напряжение в цепь управляющей сетки лампы подают с контура через фазо.
сдвигающую цепочку, состоящую из конденсатора С и резистора /г. Параметры втой цепочки выбираются так, чтобы она в минимальной степени шунтировала колебательный контур, а реактивное сопротивление конденсатора было бы во много раз больше активного сопротивления резистора, т. е. 1/ю С )> Й. (11.231 Блокировочные конденсаторы Са, имеющиеся в схеме, должны обладать столь малым сопротивлением для токов высоной частоты, что их можно считать для них прантическн коротким замыканием.
Если вектор напряжения на контуре (/„= (/, в некоторый момент времени занимает вертикальное положение (рис. 11.12, б), то вектор тока 1 в цепочке 281 /Гаапуз Уп газ зтс а/ 4 Рлс. >1.1.12. Частотная модуляция с помощью реактивной лампы: а — схема; б — векторная диаграмма Рис. 11.13. Рабочая область характеристик реахтиэиой лампы Йс, имеющей сопротивление емкостнаго характера, опережает вектор У, на 90' и, следовательво, раоположен горизонтально. Этот ток равен (11.24] Он создает на резисторе )! напря- жение ив=я=и,е.сг, (11.25) совпадающее ло фазе с током г и являющееся переменным напряжением, действующим в сеточной цели лампы.
Благодаря тому, что лампа обладает очень малой проницаемостью, ее энодный ток определяется практически только сеточным напряжением. Амплитуда первой гармоники анодного тона l,! =ЯсрУс = и,есЮср, (11.2б) где Я~э — средняя крутизна лампы. Вектор первой гармоники вводного тока имеет то же лаправление, что и вектор напряжения яа сетке. Векторная диаграмма показывает, что первая гармовмка амодного тока лампы опережает на 90' анодное напряжение, иными словами, лампа ведет себя аналогично обычному конденсатору.
Ее эквивалентное сопротивление и, 2(э = (11.27) га! еСз есЮср откуда емкость конденсатора, эквивалентного лампе, С =3 СЛ. (11.28) При модуляции необходимо изменять емкость, подключенную параллель- 282 но контуру генератора. Для этого меняют среднюю крутизну лампы путем изменения напряжения смещения (при использовании лампы на линейном участке ее статических характеристик крутизна остается неизменной и модуляция оказывается невозможной). Чтобы избежать искажений при модуляции, нужно выбрать такой криволинейный участок статической характеристики лампы (рис.
11.13), при использовании кото- рого изменение крутизны лампы пропорционально изменению напряжения на управляющей сетке. Для изменения смещения по закону звукового сигнала в цепь управляющей сетки лампы последовательно с постоянным источником смещения включена вторичная обмотка трансформатора, к первичной обмотке 31 То Рис. 11.15. Схема балансного модулятора 283 которого подводится напряжение сигнала. Используются и другие схемы вклю чения реактивных ламп, но принцип их действия в общем ие отличается от описанного выше. Фазомодулированные колебания принципиально возможно получить сло- Рис. 1!.14. Получение фазомодулированных колебаний: а — сложением высокочастотного колебания с АМ колебанием; б— сложением высокочастотных колебаний с колебаниями биений боковых АМ колебаний женнем двух высокочастотных колебаний, сдвинутых по фазе на 90', одно из которых промодулировано по ампли.туде (рнс. 11.14,а).
При этом фаза результирующего вектора изменяется в зависимости от амплитуды колебания, модулированного по амплитуде. Однако большое отклонение фазы таким образом получить не удается, так как при этом резко нарушается пропорциональность между фазой результирующего напряжения и амплитудой модулированного напряжения. Изменение фазы можно получить также при сложении колебаний с постоянной амплитудой и колебаний, сдвинутых по фазе на 90' и с изменяющейся амплитудой, если последняя при переходе через нуль будет изменять свою фазу на 180'.
Результат сложения веи- торов в этом случае показан на рис. 11.14, б. С колебаниями такого типа мы встречались при анализе состава АМ колебаний: это колебания, получаемые при биении двух колебаний с боковыми частотами. Каким же образом мож. но выделить в чистом виде колебания биений? Очевидно, что для этого достаточно уничтожить в составе АМ сигнала колебания несущей частоты. Последнего можно добиться, если, например, составить схему из двух генераторов с сеточной модуляцией, модулируемых в противофазе и работающих на общую нагрузку.
Такая схема (рис. 11.15) носит название бала нсн ой, так как в ней модулирующее напряжение подается от трансформатора Трз в цепь сеток ламп и лампы попеременно запираются и отпираются. Напряжение высокой частоты с помощью трансформатора Тр, через блокировочные конденсаторы малой емкости подается на сетки ламп в одинаковой фазе. Поэтому если уравнение для анодного тока модулированных колебаний одной из ламп будет выражаться зависимостью !м=)а (1 — О3 51п 4зг) з!п мт то для Вто рой лампы — зависимостью )аз=(а(1+ +т шп Ж) мпый Оба эти тона протекают по общей нагрузке в противоположных направлениях, следовательно, напряжения, создаваемые ими на контуре, вычитаются пк = (!ах — ' з) Рз = 2 (з Йз ш юп 41 Г Х Х 5!пы! ° (1! .29) Полученное напряжение представляет собой колебания биений, создаваемых боковыми частотамн (см.
формулу (! 1.11) ]. В передатчике, в котором ФМ осу-. ществлиется с помощью балансного модулятора (рис. 11.16), колебания с вы- Рис, 11.16. Структурная схема передатчика с ФМ хода последнего через фазосдвигающую схему (фазоинвертор), поворачивающую их фазу на 90', подаются на смеситель — устройство, где происходит сложение их с нолебаниями постоянной амплитуды, подаваемыми от генератора с самовозбуждением (автогенератора). С помощью такой схемы можно осуществлять и ЧМ.
Для этого достаточно, чтобы коэффициент усиления усилителя низкой частоты был обратно пропорционален частоте. При ФМ девиации частоты Лы= =й~ЙУ и. Если амплитуда напряжения, снимаемого с усилителя, У =' йзР Я, где Р„ — звуковое давление на микрофон, то Ьы=йАРть, где й~ и йз — коэффициенты пропорциональности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
