Модуляторы. 
Электротехника и электроника

Общие сведении. Средством доставки информации по каналу связи является высокочастотное гармоническое колебание.

параметрами которого являются амплитуда частота со и фаза ф.

Передаваемое сообщение должно быть «загружено» в средство доставки. Для доступности излагаемого материала в качестве сообщения, или управляющего сигнала, примем низкочастотное гармоническое колебание (гон).

Для «загрузки» информации в средство доставки достаточно изменять один из параметров Ц_ш, со, ср колебания (1) по закону (2). Процесс изменения параметров высокочастотного гармонического колебания, но закону передаваемого сообщения (2) называется модуляцией. Рассмотрим особенности основных видов модуляции.

Амплитудная модуляция. При амплитудной модуляции (AM) для упрощения записей принимаем в (1) ср = 0. По закону передаваемого сообщения изменяется амплитуда высокочастотного колебания (1):

где т = Uq/Uo — коэффициент (глубина) AM, характеризующий пределы изменения амплитуды колебания (1); U₀ — амплитуда несущего колебания с частотой 0) = о) опри отсутствии сообщения (Uq = 0); при отсутствии искажений т < 1.

Подставив (3) в (1), получим выражение для АМ-колебания:

На основании (4) AM-колебание может быть представлено в двух формах: во временной (рис. 1, д) и спектральной (рис. 1,6). Как следует из рис. 1, я, закон передаваемого сообщения отображает Рис. I. Временное (а) и огибающая АМ-колебания. Спектральная спектральное (б) представление форма представления АМ-колебания по;

АМ-колебаний «.

зволяет судить о требуемой полосе пропускания канала передачи.

Фазовая модуляция. При фазовой модуляции (ФМ) по закону передаваемого сообщения изменяется фаза высокочастотного колебания (1):

где к = const; Дер — индекс фазовой модуляции.

После подстановки (5) в (1) получаем выражения для ФМ-колебания:

Как следует из (6), частота ФМ-колсбания изменяется по следующему закону:

Частотная модуляция. При частотной модуляции (ЧМ) по закону передаваемого сообщения изменяется частота колебания (1):

где К = const; До) — девиация частоты (максимальное отклонение от ш₀)" После подстановки (8) в (1) получаем выражение для ЧМ-колебания:

Используя (8), найдем закон изменения фазы:

Полученные соотношения позволяют сделать ряд важных выводов для ФМи ЧМ-модуляции:

=> фазовая модуляция сопровождается частотной, при этом девиация частоты Дсо прямо пропорциональна частоте Q передаваемого сигнала (7);

=> частотная модуляция сопровождается фазовой, при этом индекс фазовой модуляции Дф обратно пропорционален частоте передаваемого сигнала (10);

=> в спектре ФМи ЧМ-колебаний содержится бесчисленное множество боковых частот Wo ± п?1. В этом нетрудно убедиться, если входящие (6), (9) косинусы представить в виде степенного ряда.

и перемножить соответствующие члены.

Рассмотрим вопросы схемной реализации основных видов модуляции.

Амплитудный модулятор. Известно много способов осуществления амплитудной модуляции. Рассмотрим схемную реализацию способа модуляции изменением смещения в базовой цепи гранзистора.

Построение статической модуляционной характеристики. Для этого воспользуемся проходной характеристикой транзистора в виде функции коллекторного тока от напряжения на.

базе (рис. 2,а). Статическая модуляционная характеристика для рассматриваемого случая представляет собой зависимость амплитуды коллекторного тока первой гармоники 1_К от напряжения смещения на базе Ев при воздействии на базу транзистора высокочастотного напряжения с постоянной амплитудой U_w = const (рис. 2,а). На рис. 2,6 показана форма коллекторного тока при изменении напряжения смещения на базе ?_б ⁼ var. С уменьшением |?_б| увеличивается амплитуда импульсов коллекторного тока, имеющих косинусоидальную форму. Затем рост амплитуды прекращается, и в импульсах появляется провал. Следовательно, с уменьшением |?V"I также будет увеличиваться амплитуда первой гормоники коллекторного тока /_кЬ а с появлением провала — рост прекратится и начнется уменьшение /_к1. Статическая модуляционная характеристика приведена на рис. 2,в в виде функции /_к1 = F (E^). Она не только объясняет принцип и возможность осуществления амплитудной модуляции, но и позволяет выбрать режим работы транзистора с минимальными искажениями, а также показывает путь схемной реализации амплитудного модулятора.

Напряжение смещения на базе транзистора ?_б0 при отсутствии управляющего сигнала (передаваемого сообщения) должно соответствовать середине линейной части статической модуляционной характеристики. Максимальная амплитуда управляющего сигнала ?/_Птах выбирается из соображений работы в пределах линейного участка (рис. 2,в).

Рис. 2. Построение статической модуляционной характеристики (а, б, в) и схемная реализация амплитудного модулятора (г).

Схемная реализация модулятора. В приведенной на рис. 2<�г схеме модулятора подача высокочастотного колебания и_ьу, управляющего сигнала и& и напряжения смещения Ево осуществляется с использованием фильтрового способа. Все указанные напряжения присутствуют на базе, их источники «не мешают» друг другу. Действительно:

=> для высокочастотного колебания сопротивление конденсатора выби;

рается близким к нулю: 1/(соС|) —> 0. Поэтому можно считать, что источник высокочастотных колебаний (вторичная обмотка трансформатора Т) подключен между базой и эмиттером транзистора VT;

=> для низкочастотного управляющего сигнала 1/(QC|) —" °°, QL_T1 —" 0 (благодаря малому значению ?2), 1/(?2С₂) —> 0 (благодаря большому значению емкости С₂). Поэтому можно считать, что источник управляющих сигналов также подключен непосредственно между базой и эмиттером транзистора VT;

=> сопротивление вторичных обмоток трансформаторов Ти Т₂ постоянному току можно считать равным нулю, поэтому смещение подается непосредственно на базу VT.

В коллекторную цепь модулятора включен колебательный контур, настроенный на частоту О)₀ несущего колебания. Он предназначен для выделения несущей и двух боковых полос AM-колебания. Остальные составляющие подавляются.

Принцип работы. При отсутствии управляющего сигнала через транзистор протекает коллекторный ток с амплитудой /_Ki, o, соответствующей напряжению смещения ?_W) (рис. 2, в), или выбранной рабочей точке. С выхода амплитудного модулятора снимаются колебания несущей частоты (с постоянной амплитудой). С появлением управляющего сигнала напряжение смещения на базе начнет изменяться, перемещая рабочую точку по статической модуляционной характеристике, что вызовет изменение амплитуды высокочастотных колебаний.