2. Формирование am сигналов с помощью нелинейных цепей.
Сущность модуляции состоит в том, что в результате определенного воздействия на несущее колебание s0(t)= U0cos(0t+) (0=2f0) один из его параметров (амплитуда, частота, фаза) изменяется в соответствии с изменениями мгновенных значений модулирующего сигнала. Простейший модулирующий сигнал u(t)=Umcos(t) (=2F), причем для любого вида модуляции обязательным является условие f0>>F. Частота f0 называется несущей частотой модулированного сигнала. В частности, при амплитудной модуляции должно быть обеспечено такое воздействие модулирующего сигнала u(t) на высокочастотное гармоническое колебание s0(t), при котором сигнал sАМ(t) на выходе модулятора (специального устройства, в котором формируется модулированный сигнал) sАМ(t)=U0(1+u(t))cos(0t), где - параметр модулятора, выбирается из условия (1+u(t)0. В случае простейшего сигнала u(t)=Umcos(t), приняв начальную фазу =0, получим: sАМ(t)=U0(1+mcos(t))cos(0t), где m1 - коэффициент амплитудной модуляции (глубина модуляции). Преобразуем последнее выражение.
sАМ(t)=U0cos(0t)+m U0cos(t)cos(0t) =U0cos(0t)+m U0/2(cos(0+)t+cos(0 - )t) (5)
Из (5) видим, что для простейшего сигнала u(t) АМ-сигнал состоит из трех спектральных составляющих: 0, 0+, 0 - . Частоты 0 называются боковыми частотами. Для сложного сигнала в АМ-сигнале имеются боковые частоты 0 k.
Сравнивая (5) с (4) видим, что, если положить 1=0, 2=, в спектре тока нелинейного элемента имеются все необходимые для формирования АМ-сигнала спектральные составляющие, которые могут быть выделены с помощью фильтра, например, колебательного контура, настроенного на частоту 0 и имеющего полосу пропускания 2max. Другие составляющие спектра тока (2, 20) (4) не попадают в полосу пропускания и будут отфильтрованы.
Рассмотренный принцип лежит в основе работы многих схем амплитудных модуляторов. Некоторые из этих схем рассматриваются ниже.
Однотактный модулятор. На рис.5 приведена электрическая схема модулятора, в котором в качестве нелинейного элемента использован полупроводниковый диод VD. В рассматриваемую цепь включены три источника напряжения: источник постоянного напряжения U0, с помощью которого выбирают положение рабочей точки А на вольтамперной характеристике диода; генератор высокочастотного несущего колебания s(t) с частотой f0 и источник модулирующего гармонического напряжения u(t) с частотой F. На выходе схемы включен колебательный контур LC, настроенный на несущую частоту f0. На рис.6 изображена принципиальная схема формирователя AM сигнала, в котором роль нелинейного элемента выполняет транзистор VT.
-
Рис.5
Рис.6
3. Принцип детектирования. Процесс получения модулирующего сигнала из высокочастотного модулированного колебания называется детектированием. Этот процесс является обратным модуляции, поэтому его часто называют демодуляцией.
Поскольку цель детектирования состоит в том, чтобы получить низкочастотный сигнал из модулированного колебания, спектр которого содержит только высокочастотные компоненты, линейные цепи для детектирования непригодны. В большинстве случаев детекторы представляют собой нелинейные цепи. Основное, требование, предъявляемое к детекторам AM сигналов, состоит в том, что постоянная составляющая тока или напряжения на выходе детектора должна зависеть от амплитуды гармонического колебания на его входе. Если это требование выполняется и к детектору подводится AM сигнал sАМ(t), постоянная составляющая выходного тока будет меняться в соответствии с изменением модулирующего напряжения u(t). Детектирование не будет приводить к искажениям, если изменение постоянной составляющей тока будет пропорционально изменению амплитуды сигнала sАМ(t).