- •Часть 1
- •1. Общие сведения о возбудителях
- •2. Автогенераторы
- •3. Кварцевая стабилизация частоты
- •4. Синтезаторы частот
- •5. Амплитудная модуляция
- •5.1. Общие соотношения при амплитудной модуляции
- •5.2. Модуляция смещением
- •5.3. Усиление модулированных колебаний
- •5.4. Коллекторная модуляция
- •5.5. Комбинированная коллекторная модуляция
- •5.6. Расчет усилителя мощности при коллекторной и комбинированной модуляции
- •5.7. Схемы выходных каскадов при коллекторной и комбинированной модуляции
- •Библиографический список
- •Часть 1
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
5. Амплитудная модуляция
5.1. Общие соотношения при амплитудной модуляции
Передатчики с AM применяют для телефонной связи, радиовещания, передачи телевизионных изображений. Амплитудная модуляция используется в измерительной технике, биомедицинской аппаратуре, при передаче телеметрической информации и в других областях техники. Мощность излучения зависит от назначения устройства и колеблется от долей милливатта до десятков мегаватт. Устройства формирования АМ-сигналов работают во всех диапазонах радиочастот.
При AM амплитуда несущего высокочастотного колебания изменяется пропорционально напряжению передаваемого сообщения s(t). Модулирующее напряжение uΩ (t) = ks(t), пропорциональное сигналу, поступает на один или несколько модулируемых каскадов передатчика с выхода усилителя звуковой (или видео) частоты. Сигнал s(t) имеет сложную форму. Его спектр, соответствующий 99 % энергии сигнала, занимает область относительно низких частот (100...3500 Гц — речь, 20...20 000 Гц — музыка, 0...6 МГц — видеосигнал). Особенности временной формы и спектра передаваемого сообщения учитываются при формировании АМ-радиосигнала.
При испытаниях, настройке и теоретических исследованиях в качестве модулирующего удобно использовать гармоническое напряжение . По этому же закону должна меняться амплитуда высокочастотного тока в антенне
(5.1)
где — коэффициент (или глубина) модуляции; IА мол — ток в нагрузке (антенне) в режиме молчания.
Уравнение для мгновенного значения тока имеет вид
(5.2)
По временной диаграмме тока (рис. 17, а) коэффициент модуляции можно определить по формуле
(5.3)
Рис. 17. Временная диаграмма (а) и спектральная диаграмма (б) АМ-колебания с Весу щей частотой ω = ω0
Здесь — значения амплитуды колебаний в максимальном (при cosQt = 1) и минимальном (cosQt = -1) режимах.
Для неискаженной передачи сигнала амплитуда IАΩ должна изменяться пропорционально амплитуде модулирующего сигнала UΩ, а глубина модуляции должна быть не выше единицы (m≤ 1). В противном случае происходит качественное искажение сигнала при его восстановлении (амплитудном детектировании) в приемнике.
Заменив в (5.2) произведение косинусов полусуммой косинусов суммарного и разностного аргументов, получим
(5.4)
Видим, что спектр АМ-колебания g(ω) содержит следующие компоненты: несущее колебание IА мол cosωt, верхнюю и нижнюю боковые составляющие с частотами ω + Ω, ω – Ω и равными амплитудами (рис. 17, б). Если спектр сообщения занимает полосу Ωmin...Ωmax, то полоса АМ-сигнала составляет П = 2Ωmax. Обычно Ωmax/ω « 1, поэтому АМ-сигнал представляет собой квазигармоническое колебание с медленно меняющейся амплитудой [17]. Мощность излучения, усредненная за период высокой частоты, Изменяется с частотой модулирующего сигнала:
, (5.5)
где - сопротивление антенны.
Воспользовавшись для IA(ΩΩt) формулой (5.1), получим
, (5.6)
где — мощность излучения в режиме молчания.
В минимальном режиме РА1 min = РА1 мол(1 - т) 2 , в максимальном — РА1 max = РА1 мол(1 + т) 2
При m=1 мощность РА1 mах превышает мощность молчания в 4 раза. Это обстоятельство является важным, так как по пиковой мощности РА1 mах выбирается номинальная мощность АЭ модулируемого каскада.
Мощность излучения, усредненная за период модуляции, равна постоянной составляющей выражения (5.6):
РА1мод = РА1 мол(1 + т2/2) (5.7)
Согласно спектральной диаграмме (рис. 17, б) мощность излучения в режиме модуляции возрастает за счет мощности боковых составляющих:
(5.8)
Средняя мощность в режиме модуляции РА1 мод важна при расчете энергетического (в том числе теплового) баланса за длительный промежуток времени. При этом в (5.7) под т следует понимать средний для данного вида сигнала s(D.t) коэффициент модуляции. Обычно тср = 0,3...0,5, поэтому мощность РА1 мод возрастает по сравнению с режимом молчания на 5...12 %.
Амплитудную модуляцию можно осуществить в любом из усилительных каскадов передатчика. Если модулируемый каскад промежуточный, то все следующие за ним каскады работают в режиме усиления модулированных колебаний. Энергетические характеристики каскада (КПД, коэффициент передачи по мощности) и качественные показатели, определяющие нелинейные и частотные искажения передаваемого сообщения, зависят от того, на какой электрод АЭ подается сигнал модуляции. Различают два основных вида простой модуляции: модуляцию смещением и коллекторную модуляцию. Для повышения качественных показателей применяют комбинированную модуляцию, осуществляемую одновременно в нескольких (двух и более) каскадах передатчика.
О нелинейных искажениях при амплитудной модуляции принято судить по статическим модуляционным характеристикам — зависимостям первой гармоники коллекторного тока и постоянных составляющих коллекторного и базового токов от модулирующего напряжения. Первая определяет искажения непосредственно в модулируемом каскаде; вторые влияют на искажения сигнала в модуляторе, работающем при их нелинейности на нелинейную нагрузку.