Андреев В.С. - Теория нелинейных электрических цепей (1982) (1266495), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Однако, поскольку полоса пропускания фильтра должна определяться наибольшей возможной частотой модуляции ь) , а в спектре модулирующего сигнала будут и частоты ь1, значительно меньшие И „, для большинства частот ь) фильтр не позволит избавиться от составляющих вс.+20. Наличие же этих компонент означает модуляцию высокочастотного колебания частотами 2ь), т. е. искажение огибающей.
~уз, аг ~Р Й;.2 2,);2 ™.о~ ф Рис. 3.23 На практике в качестве нелинейных элементов модуляторов чаще используются не диоды, а транзисторы или лампы (триоды, пентоды). Модулируемое высокочастотное напряжение подают во входную цепь нелинейного элемента. Модулнрующий же сигнал иео- Кк дят в цепи различных электродов: в транзисторах — в цепь базы или Ю молл ектора (соответственно базо- д~йнх ная |или иоллектюрная модуляция), в электронных лампах чаще всего Ек в цепь управляющей сетки (сеточ- "г + ная,модуляции) или анода (анодная .модуляция).
Рассмотрим схему базовой .модуляции аа тран- Рис. 3.24 ннсторе (Рис. 3.24). На~пряжениена базе содержит, ~кроме смещения Ес, опредестяющего положение Рабочей точки, колебания низкой л высокой частот иа =и~+и,+Ее. (3.67) Здесь и,= У1 соз всг — высокочастотное напряжение: и,= =10зсоз йг — модулирующее низкочастотное напряжение. На рмс. 2.25а — в по характеристике прибора ( =Ф (из) методом проекций постРоена зависимость )„от времени, Коллекторный ток представля- 81 ет последовательность импульсов, отличающихся друг от друга высотой 1 „и углом отсечки й. Если разложить каждый из этих импульсов тока в ряд Фурье за период высокой частоты То= =2п/вм получим постоянную составляющую и гармоники высокой Рас. 3.25 частоты. Напряжение на контуре, настроенном на частоту в0, создается только первой гармоникой 1 ~=1 ~ сов оа1: пьмх=4кРйэ=1кгйэ соз мой Изменение высоты и ширины импульсов тока во времени приводит к изменению амплитуды 1„, с низкой частотой ь1.
Поэтому выходное напряжение получается модулированным по амплитуде (рис. 3.25г). Режим работы модулятора, определяемый величинами Ем 0~ ~и 11ь нельзя выбирать таким, чтобы все мгновенные значения находились в пределах линейного участка характеристики транзистора, так как в этом случае коллекторный ток будет иметь такую же форму, что и им амплитуда высокочастотной составляющей тока ьо будет постоянной, а потому напряжение на выходе окажется немодулированным.
При осуществлении модуляции могут возникать искажения огибающей АМ колебания. Оценка величины искажений и выбор режима работы, обеспечивающего их отсутствие, по характеристике прямой передачи ~„(из) практически невозможйы. Для решения этой задачи целесообразен иной подход к рассмотрению работы модулятора.
Напряжение иа можно рассматривать как сумму высокочастотного колебания и, и напряжения смешения иа(1) =па+ +из(1), медленно изменяющегося с низкой частотой, а модуляцию 82 как следствие изменения смещения, приводящего к изменению импульсов тока и их первой гармоники. Так как амплитуда выходного напряжения пропорциональна 1„ь для получения неискаженной модуляции требуется, чтобы амплиту д а 1ю и з м е н я л а с ь п р о п о р ц и о н а л ь н о и з м е н ению напряжения смещенмя. Зависимость 1 ~ от Еа при постоянной амплитуде У~ называется статической модуляционной характеристикой. Она может быть рассчитана по статической характеристике прибора рис.
3.2бгл при неизменной амплитуде 0~ и различных смещениях Ез с помощью одного ~из методов спектрального анализа определяем амплитуды 1 ~ и строим зависимость 1ю(Еа) (рис. 3.2бб), которая и является статической модуляционной характеристикой. Ыг' Хм 1к1 р . ззз Отметим некоторые ее особенности. Прн смещении, равном напряжению запирания У'з, получаются импульсы тока 1„с углом ятсечки ~0=90', а потому 1 ~~О. Амплитуда 1ю уменьшится до ну':ля, когда смещение достигнет величины Е'а=0'а — 11ь Если при изменении смещения колебание и~ не выходит за пределы линей,ного участка статической характеристики транзистора, амплитуда 11ю не меняется.
Обычно в средней части статической модуляцион.:-'ной характеристики имеется линейный участок МФ. для получе"::ния неискаженной модуляции с наибольшей глубиной ги нужно :,'выбирать рабочую точку А на середине этого участка (смещение % Еа0) а использовать низкочастотный модулирующий сигнал с такой амплитудой Уь при которой работа происходит в пределах участка МЛ'. В этом случае изменение 7ю во времени (жирная линия па графике 1„~(8)) не отличается от модулирующего сигнала, т. е. имеет место неискаженная модуляция.
Если взять большую амплитуду (7ь при которой в процессе работы будут использоваться нелинейные участки модуляционной характеристики, огибающие 7,~ и (7,мх окажутся искаженными и притом тем сильнее, чем больше (7ь Для построения зависимости („, (Г) и аналогичного графика и~м~(Г) достаточно симметРично ниже оси абсцисс пРовести вторую огибающую и промежуток между огибающими заполнить колебаниями частоты а0 (рис. 3.26в). Коэффициент модуляции в соответствии с обозначениями рис, 3.26 может быть подсчитан по статической модуляционной характеристике как т=Ыт~1юьр. БАЛАНСНАЯ И ОДНОПОЛОСНАЯ МОЛУЛЯНИЯ В $1.2 было показано, что при передаче двухполосных ДБП и однополосных ОБП сигналов без несущей достигается существенныл выигрыш в мощности, а во втором случае еше и в ширине спектра передаваемого сигнала. Для получения сигналов ДБП используются балансные модуляторы (БМ), действие которых основано на компенсации Напряжений несущей частоты при сложении двух АМ колебаний на общей нагрузке.
Так, подав на входы двух одинаковых диодных амплитудных модуляторов с ВАХ (3.65) напряжение частоты в0 в фазе, а модулирующее напряжение частоты ь! в противофазе, получим на их выходах напряжения: и~ — — (70(1+тсозь!г)сов е4, ия= =(70(1 — тсозй!)соз4а~й В случае встречного включения этих напряжений на нагрузке получается двухполосный сигнал идвп —— = и,— ив — — 20ат сон О! соз ва!.
Рис. 8.27 Схема диодного БМ приведена иа рис. 3.27. Если считать оба модулятора одинаковыми, аппроксимировать характеристики диодов полиномами третьей степени и пренебречь падением напряжения на резисторах )с (что допустимо для малых величин )г), по- 84 лучим напряжения на диодах: ид! — — и!+ив ицг=и! — иг. Токи в цепях диодов 1! =Ф (и!+ иг) = ао+ а! (и! + их) +ах(и, + иг) '+ау(и!+ иг) э 42= Ф (и! — иг) =аь+а! (и,— иг) +аг(и,— и,) '+а,(и,— и,) '. (3.68) Напряжение на выходе балансного модулятора ивых=!44(1! — 12) =Ы(а1иг+2аги1иг+аги~г+Заги~1иг).
(3.69) Спектр выходного напряжения, определяемого (3.69), приведен на рис. 3.23б. Он содержит меньшее число составляющих, чем спектр однотактного модулятора (см. рис. 3.23а). Отсутствуют, в частности, компоненты несущей частоты и ее гармоники„составляющие частот ыь~20, вызывающие искажения.
Ставя в качестве нагрузки вместо резистора Я колебательный контур, настроенный на частоту ыь, получим двухполосное колебание без несущей. Значителыю лучшее подавление нежелательных составляющих спектра достигается в кольцевом модуляторе (рис. 3.28а), отэгичающемся от рассмотренного наличием еще двух диодов Дэ и Д4. Д в в/ Рис. 3.28 В этой схеме все четыре диода включены в кольцо в одном на,правлении; отсюда название кольцевой модулятор или кольцевой преобразователь. Для определения протекающих в схеме токов обходим цепь каждого диода в направлении проводимости через источники сигналов и сопротивление нагрузки. Обозначим через э„ток, протекающий через диод Д„(а=1, 2, 3, 4). Токи 11 и 12 по-прежнему определяются выражениям~и (3.68), а токи 42=Ф( — и1 — и2), 14=Ф( — и!+142).
Направления токов 1! и 12 совпадают с показанными на рис. 3.27, а токов 12 и 14 даны пунктирными линиями на рис. 3.28а. Там же показаны направления токов 1! — 14 в нагрузочных сопротивлениях. Выходное напряжение и„, =Л (1! — 12)+14 (42- 14). Обозначим ивээх1=)4(1! — 42) и и~~~э=Р(12 14).
Выражение для и ! х! совпадает с (3.69). Ток 42 отличается от 11, а ток 14 от 12 знаками и, и з5 иь Поэтому изыхя получим в результате изменения знаков и» и иэ в (3.69) на противоположные: и, я=2Й( — а»ия+2а,итиэ — азиза — За,и',и,). (3.70) Складывая (3.69) и (3.70), получаем иэ =6тсаэи»из. (3.71) Таким образом, при идентичных диодах и небольших амплитудах входных сигналов, позволяющих аппроксимировать характеристики диодов полиномами третьей степени, кольцевой модулятор ведет себя как идеальный преобразователь-перемножитель двух входных сигналов.
Спектр его выходного напряжения содержит только боковые частоты юз+ь) и а»с —.ьз. Кольцевой модулятор нередко используется и режиме, э котором ЦЪ Уз и притом 'амплитуда У» столь эечика, что можно считать характеристики диодон кусочно-линейнымн, обладающими при прямом напряжении сопротивлением гчржО, а прн обратном — сопротииленнем цмрязсо. При этом диоды превращаются э ключи: при указанной на рис. 3.28о полярности напряжения и» диоды Д» и Дз открыты, т.
е. предстанляют замкнутые ключи К, и Кз. а диоды Дз н Д» предстанлиют разомкнутые ключи Кз и Кь как показано на рис. 3.28б; э результате и,,=2нз. При изменении полярности и» ключи К» и Кз размыкаются, а К, и К» замыкаются, а потому и,: — 2из. В этом режиме кольценой модулятор ведет себя по отношению к слабому сигналу лэ как параметрическое устройство (ключ), управляемое сильным сигналом, что соответствует результатам $2.8. Кольцевые преобразователи находят широкое применение в многоканальных системах связи для целей модуляции, детектирования и преобразования частоты, а также в измерительных приборах. Модуляция, в результате которой получается однополосный сигнал без несущей, называется однополосной модуляцией (Ой().
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
