рис. 6. Так как для осуществления модуляции не­обходим нелинейный элемент, то напряжение смещения выбира­ется таким, чтобы рабочая точка в исходном режиме находилась левее начала характеристики (точка А на рис. 7,а). При этом в цепи базы протекает незначительный отрицательный ток I_{Б 0} (рис. 7,а). Транзистор закрыт, и в цепи коллектора ток не про­текает.

Р

ис.7.Физические процессы при модуляции на базу смещением ( а,б,в)

Рис.7. Физические процессы при модуляции на базу смещением (г, д, е)

Если в цепи базы кроме напряжения смещения и напряжения возбуждения включено и звуковое напряжение u_Ω =U_Ωcosωt, то результирующее напряжение е_Б = Е_{Б 0} + U_Ωcosωt + U_ω cos ωt . Так как напряжение звуковой частоты изменяется значительно медлен­нее, чем напряжение возбуждения, то напряжение звуковой частоты проявляется по отношению к напряжению возбуждения, как напря­жение смещения. Поэтому при модуляции рабочая точка будет пере­мещаться по характеристике, как показано на рис. 7,г (точки А— A'). В результате изменяются амплитуда импульсов коллекторно­го тока и угол нижней отсечки θ (рис. 7,д). Поэтому в нагрузоч­ном колебательном контуре амплитуда тока будет изменяться по закону звуковой частоты (рис. 5.9,е). Ток в цепи базы во время положительного полупериода звукового напряжения протекает в виде импульсов меняющейся полярности. Во время отрицательного полупериода ток в цепи базы—постоянный отрицательный.

Модуляционные характеристики коллекторного тока при базо­вой модуляции приведены на рис. 8. Зависимость первой гар­моники коллекторного тока I_K1 от напряжения смещения E_Б назы­вается статической модуляционной характеристикой. Она имеет нижний и верхний изгибы за счет изгибов статических характери­стик транзистора. На основном рабочем участке статические мо­дуляционные характеристики практически прямолинейны.

Рис. 8. Модуляционные ха­рактеристики коллекторного тока при базовой

модуляции смещением

Рабочую точку в режиме мол­чания надо выбирать на середине прямолинейного участка модуля­ционной характеристики, что дос­тигается выбором соответствующе­го напряжения смещения Е_Б. В ре­жиме максимальной мощности ге­нератор работает в оптимальном режиме (точка I_{к1 макс} на рис. 8). Как видно из характеристик, моду­лируемый генератор при базовой модуляции все время работает в недонапряженном режиме, дости­гая оптимального режима только в моменты максимумов звукового напряжения. Поэтому КПД кол­лекторной цепи генератора при базовой модуляции смещением низкий, что ограничивает применение этого вида модуляции.

Базовая модуляция находит применение в качестве элемента комбинированной коллекторной модуляции.

При базовой модуляции возбуждением по закону изменения модулирующего напряжения изменяется амплитуда напряжения в цепи базы, а напряжение базового смещения и коллекторное на­пряжение не изменяются. При этом происходит усиление модули­рованных колебаний. Поэтому она возможна в режимах колеба­ний класса В, так и в режиме колебаний класса А. Однако режим колебаний класса А из-за низкого КПД применять нецелесообразно.

Достоинство базовой модуляции возбуждением в том, что мо­дуляционная характеристика при соответствующем выборе режи­ма генератора может быть более линейной, чем при базовой мо­дуляции смещением. Кроме того, при выборе угла отсечки θ =90° можно получить углубление модуляции, то есть в коллекторной цепи 100%-ную модуляцию при глубине модуляции в базовой цепи меньше единицы.

4. УСИЛЕНИЕ МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ

В тех радиопередающих устройствах, в которых сеточная модуля­ция осуществляется в одном из промежуточных каскадов, после­дующие каскады работают в режиме усиления модулированных колебания. Таком принцип построения передающего устройства используется при построении маломощных связных и вещательных передатчиков.

Для усиления модулированных колебаний используются гене­раторы с внешним возбуждением, на управляющую сетку лампы которых подастся промодулированное по амплитуде напряже­ние u_ВХ =U_ВХ.НЕС (1+m_ВХcosΩt)cosω_Н.

При неискаженном усилении амплитуда первой гармоники вы­ходного тока

I_ВЫХ1 = I_{ВЫХ.НЕС}(1+m_ВЫХcosΩt) .

Неискаженное усиление модулированных колебаний просто осуществляется при работе каскада в режиме класса А. Однако при m =1 неискаженное усиление модулированных колебании можно по­лучить и при угле отсечки анодного тока θ =90°.

Рис. 9. Углубление модуляции в усилителе модулирован­ных колебаний

Статические модуляционные характеристики усилителя модули­рованных колебаний I_a1=f(U_C) или I_а0=f(U_C)оказываются ли­нейными только при работе генератора в недонапряжённом режи­ме и имеют изгиб при переходе генератора в перенапряженный режим. А поскольку усилитель модулированных колебаний дол­жен работать в недонапряженном режиме, то его энергетические показатели и параметры качества практически такие же, как и при модуляции изменением напряжения смещения. Поэтому такой режим называют модуляцией на управляющую сетку изменением амплитуды напряжения возбуждения.

При выборе угла отсечки анодного тока θ < 90° статическая модуляционная характеристика I_a1=f(U_C) начинается правее на­чала координат. В таком режиме возможно углубление модуля­ции: m_вых > m_вх (рис. 9). С уменьшением θ углубление возрас­тает, однако при этом возрастают нелинейные искажения.

Усиление модулированных колебаний в режиме с углом отсеч­ки θ = 90° широко применяют в однополосных передатчиках. Прин­ципиальная схема усилителя амплитудно-модулированных колеба­ний (УМК) приведена на рис. 9. Поскольку на вход УМК по­даются радиочастотные колебания с изменяющейся амплитудой, схемы УМК не отличаются от схем обычных генераторов с внеш­ним возбуждением.

Усилители модулированных колебаний целесообразно исполь­зовать в мощных многокаскадных передатчиках, в которых приме­нять сеточную модуляцию в мощном выходном каскаде неэконо­мично. В таких передатчиках можно, осуществив неглубокую мо­дуляцию в одном из маломощных промежуточных каскадов, путем углубления в последующих усилителях модулированных колебании довести ее до нормальной.

---

Overview

Data
Graph1
Graph2

---

Sheet 1: Data

UΩ	0	1	2	3	4	5	6	7	8
m	0	0.2	0.44	0.6	0.82	0.9	1	1	1
FΩ	50	1000	2000	4000	10000	15000	17000	19000	20000
m	0.3	0.7	0.75	0.73	0.35	0.2	0.14	0.13	0.09

---

Sheet 2: Graph1

---

Sheet 3: Graph2

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ работы модуляторов

Скрипка А.В. ИСТ-001ДУ

Цель работы

1. Научиться исследовать и анализиро­вать работу амплитудного, амплитудно-импульсного и частотного модуляторов.

2. Получить опыт моделирования АМ-модуляторов. Оценить влияние дестабилизирующих факторов на работу модуляторов.

3. Получить опыт моделирования АИМ-модуляторов. Оценить влияние дестабилизирующих факторов на работу модуляторов.

4. Получить опыт моделирования ЧМ-модуляторов. Оценить влияние дестабилизирующих факторов на работу модуляторов.

4. Приобрести опыт работы с автоматизированной системой конструирования на базе интерактивной программы Electronics Workbench для схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых радиоэлектронных устройств формирования и генерирования сигналов различного назначения.

Содержание работы

1. Моделирование амплитудного модулятора.

2. Моделирование амплитудно-импульсного модулятора.

3. Моделирование частотного модулятора.

4. Изучение физических процессов в схемах модуляторов.

Порядок выполнения работы

Одним из основных элементов устройств формирования и генерирования сигналов является мо­дулятор.

1. Наиболее простой вид модуляции – амплитудная модуляция. Модуляция по амплитуде, осуществляемая в амплитудном модуляторе, сводится к перемножению моду­лирующего сигнала Y(t) и несущего X(t) сигнала. После пере­мно-жения и тригонометрических преобразований получим результирующее колебание.

Рис. 1. Схема амплитудного модулятора

Изменение амплитуды радиочастот­ных колебаний математически можно выразить следующим обра­зом. Уравнение тока в антенне или в выходной цепи модулируе­мого каскада до модуляции имеет вид Х = I_НЕСсоsω_Ht. Это колебание называется несущим. В процессе модуляции амплитуда тока I_НЕС получает приращение ΔI_НЕС, причем это приращение изменяется по закону изменения модулирующего сигнала Y=ΔI_НЕС cos Ωt.

Рис. Амплитуда модуляции

Тогда выражение тока радиочастоты при модуляции принимает вид

Z = ( I_НЕС + ΔI_НЕС cos Ωt) соsω_Ht.

Выполняя дальнейшее преобразование выражения тока моду­лированных колебаний, получаем

Z = I_НЕС ( 1 + ΔI_НЕС / I_НЕС cos Ωt) соsω_Ht = I_НЕС ( 1 + m cos Ωt) соsω_Ht .

Отношение приращения амплитуды тока несущей частоты при модуляции ΔI_НЕС к его значению до модуляции I_НЕС обозначают буквой m и называют коэффициентом глубины модуляции или глу­биной модуляции.

Модель амплитудного модулятора содержит двухвходовой линейный суммирующий усилитель OU, источник постоянного напряжения Е, два источника переменного синусоидального напряжения G1, G2 (эффективное значение напряжения, частота , фаза), аналоговый умножитель Х. Осцилограммы амплитудно-модулированного и модулирующего сигналов отображены на экране осциллографа. Коэффициент глубины модуляции m определяется непосредственно по осциллограме

2. Кроме амплитудной модуляции с гармонической несущей, в системах управления и многоканальных устройствах связи широко используются разнообразные виды импульсной модуляции. Наиболее простой из них является амплитудно-импульсная (АИМ), которая чаще всего используется при реализации более сложных видов импульсной модуляции (время-импульсной, фазоимпульсной, частотно-импульсной и т.п.).

Р
ис.2. Схема амплитудно-импульсного модулятора

Рис. Амплитудно-импульсная модуляция

При амплитудно-импульсной модуляции в соответствии с изменением модулирующего сигнала изменяется амплитуда импульсов. Периодическая последовательность импульсов при этом выполняет роль несущего колебания. В амплитудно-импульсном модуляторе производится модуляция импульсов по закону изменения амплитуды модулирующего сигнала.

Рассматриваемая схема амплитудно-импульсного модулятора (рис. 3) содержит двухвходовой линейный суммирующий усилитель OU1 и двухвходовой линейный сумматор-выпрямитель OU2; в качестве несущей используется однополярная (положительной полярности) последовательность прямоугольных импульсов с параметрами, определяемыми на­стройками функционального генератора (рис. 3), источник постоянного напряжения Е, источник переменного синусоидального напряжения G (эффективное значение напряжения, частота , фаза). Осцилограмма амплитудно-импульсного сигнала отображена на экране осциллографа.

3.Другим распространенным типом модуляции является угловая модуляция. Такое название является общим для частотной и фазовой модуляции. Связь между ними форму­лируется следующим образом : изменение частоты во времени по закону ω(t) эквивалентно изменению полной фазы по закону интеграла от ω(t), а изменение пол­ной фазы по закону φ(t) эквивалентно изменению частоты по закону производной от φ(t). Это положение, являющееся основным в теории угловой модуляции, определя­ет связь между изменениями частоты и фазы и указывает на общность, существую­щую между двумя разновидностями угловой модуляции — модуляцией частоты (ЧМ) и модуляцией фазы (ФМ).

Рис. 3. Схема импульсного частотного детектора

Рис. Импульсно частотный характеристика