Упражнения к разделу 16.

16.1. Собрать схему автогенератора и зафиксировать процесс установления стационарного режима генерации.

16.2. Экспериментально определить зависимость частоты генерации (ширины спектральной линии генератора) от добротности резонатора.

16.3. Экспериментально определить форму релаксационного колебания, формируемого схемой рис.16.17. Как форма и частота колебания зависит от коэффициента усиления усилителей? От постоянной времени интегрирующих цепей? Объяснить полученный эффект.

Рис. 16.17

Контрольные вопросы к разделу 17

1. Изобразите схему автогенератора и поясните ее работу.

2. Поясните физические причины процесса самовозбуждения колебаний в автогенераторе.

3. Запишите условия самовозбуждения колебаний в генераторе с отрицательным сопротивлением и в генераторе с положительной обратной связью.

4. Запишите уравнения баланса амплитуд и баланса фаз в генераторе.

5. Нарисуйте временные диаграммы напряжений на коллекторе, базе в стационарном режиме для генератора с самовозбуждением.

6. Объясните физический смысл условия устойчивости стационарной амплитуды колебаний в автогенераторе.

7. Как определить частоту генерируемых колебаний при наличии сдвига фаз в цепи обратной связи?

8. Нарисуйте эквивалентную схему автогенератора с варикапом в качестве контурной емкости и составьте дифференциальные уравнения, описывающие ее работу.

9. Объясните работу RC– генератора.

10. На каких физических принципах основывается работа генераторов шума.

11. Почему процессы, формируемые генераторами на основе регистров сдвига с обратными связями, называются "псевдослучайными".

12. Какие методы применяют для стабилизации частоты автогенераторов?

17. Модуляция радиосигналов

Модуляция – это такое взаимодействие сигналов (а точнее – электрических колебаний, поскольку не все из взаимодействующих колебаний и не всегда переносят сообщения), при котором параметры одного из сигналов изменяются в соответствии с управляющим воздействием другого. Говоря о процессе модуляции, чаще всего имеют в виду управление высокочастотным несущим колебанием, с тем, чтобы наделить его возможностью излучаться, распространяться в пространстве и переносить получателю информационные сигналы, которые, как правило, являются довольно медленными, низкочастотными колебаниями. Но многообразие методов и средств осуществления модуляции (модуляторов) не исчерпывается только модуляцией несущих колебаний. В современных сложных информационных радиоэлектронных системах применяется и модуляция колебаний, не излучаемых антеннами. Это модуляция поднесущих колебаний, в качестве которых чаще всего используются импульсные последовательности.

Модуляция радиочастотных несущих колебаний сводится к управлению одним или сразу несколькими из трех параметров: амплитуды, частоты или фазы. При этом изменение частоты и фазы – аргумента синусоидальной функции, описывающей гармоническое колебание, часто объединяют общим названием "угловая модуляция".

17.1. Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции (АМ) изменяется только амплитуда колебания без изменения фазы и частоты. Но технически что в некоторых случаях при амплитудной модуляции возникает также и нежелательная (паразитная) частотная или фазовая модуляция. При амплитудной модуляции косинусоидального колебания сигналом S(t)[-1;+1] модулированное колебаниеs(t) описывается аналитическим соотношением

и имеет вид, представленный осциллограммой рис. 17.1.

Рис. 17.1. Амплитудно-модулированное колебание

В буквой mобозначен коэффициент глубины амплитудной модуляции, который определяется как

и иногда измеряется в процентах.

При модуляции гармоническим колебанием результирующее радиочастотное модулированное колебание можно представить в виде суммы колебаний:

,

где несущественная для АМ начальная фаза несущего положена равной нулю.

Иначе говоря, АМ колебание при гармонической модулирующей функции представляется суммой трех синусоид с частотами соответственно ₀,₀+и₀-.

Векторная модель такого колебания представлена на рис.17.2.

Рис.17.2. Векторная модель АМ колебания

Боковые модуляционные составляющие – верхняя и нижняяпредставляются векторами, вращающимися вокруг конца вектора несущего колебания навстречу друг другу с угловыми скоростями, соответственно, +и -.

Спектральная модель такого сигнала изображена на рис.1.3. а. В более сложном случае несинусоидального модулирующего колебания спектр АМ сигнала имеет, кроме гармонической составляющей на несущей частоте , две боковые полосы– верхнюю и нижнюю. Спектр колебания верхней боковой повторяет форму спектра модулирующего сигнала, спектр нижней – симметричен спектру верхней боковой относительно несущей, как на рис 17.3.б.

Рис.17.3. Спектр АМ колебания при гармонической (а) и более сложной (б) модулирующей функциях

Ширина спектра АМ колебания =2fв два раза превосходит верхнюю частоту в спектре модулирующей функции_max=2F_max.

Различают максимальную, минимальную и среднюю мощность модулированного колебания.

При гармоническом модулирующем сигнале максимальная мощность, как это следует из ,

,

где – мощность немодулированного несущего колебания, выделяющаяся на некотором нагрузочном сопротивленияR.

При стопроцентной АМ, когда m=1,

.

На такую мощность следует рассчитывать элементы передатчика АМ сигналов и, прежде всего, систему его электропитания.

Минимальная мощность АМ сигнала

при m=1, очевидно,

Но средняя мощность, равная сумме мощностей всех составляющих спектра при модуляции гармоническим колебанием равна

При стопроцентной модуляции оказывается в полтора раза больше мощности на несущей, т.е. мощности колебания, излучаемого в режиме молчания, когда S(t)=0.