Глава 17.

АНОДНАЯ (КОЛЛЕКТОРНАЯ) МОДУЛЯЦИЯ

Применяется в мощных радиопередатчиках, так как имеет лучшие энергетические характеристики в сравнении с модуляцией смещением. Схема генератора с анодной модуляцией приведена на рис. 17.1.

Рис. 17.1

Модулирующее напряжение UΩ вводится в цепь анодного питания последовательно с постоянным анодным напряжением Еа МОЛ. Напряжение анодного питания переменное:

Ea (t) = Еа МОЛ + UΩ cosΩ t;

Анодная модуляция осуществляется в перенапряженном режиме, так как в этом случае ток первой гармоники в анодной цепи Ia1 и постоянная составляющая анодного тока Iа0 линейно зависят от анодного напряжения Еа. Статические модуляционные характеристики и характер изменения токов Iа1 и Iа0 в процессе анодной модуляции изображены на рис. 17.2.

Рис. 17.2

111

Эти характеристики начинаются из начала координат, поэтому коэффициент модуляции токов Iа1 и Iа0 равен отношению UΩ/Eа МОЛ.

Характер изменения тока Iа0 и анодного напряжения Ea при модуляции

Eа(t) = Eа МОЛ + UΩcosΩt. Сравнивая выражения (17.1) и (17.2), находим, что

UΩ = mEа МОЛ,

IΩ = mIа0 МОЛ.

Для получения глубокой модуляции амплитуда напряжения низкой частоты

UΩ должна быть того же порядка, что и Еа МОЛ. Если m = 1, то UΩ = Eа МОЛ (рис. 17.2). При тех же условиях амплитуда тока звуковой частоты IΩ равна по-

стоянной составляющей анодного тока в режиме молчания: IΩ = Iа0 МОЛ. Следовательно, мощность звуковой частоты РΩ, которую должен иметь модулятор при m = 1, равна P0 МОЛ/2. При других значениях коэффициента модуляции мощность модулятора определяется так:

Соотношение (17.3) свидетельствует о том, что модулятор при анодной модуляции должен иметь мощность, сравнимую с мощностью модулируемого генератора высокой частоты.

При использовании автоматического смещения за счет сеточного тока лампы степень напряженности режима генератора практически постоянна и модуляционные характеристики имеют высокую линейность. Если в режиме максимальной мощности напряженность режима генератора будет граничной, то близким к граничному будет его режим в любой точке линейного участка модуляционной характеристики. На восходящем участке модуляционных характеристик остаются практически постоянными коэффициент использования анодного напряжения ξ, коэффициент формы импульса анодного тока по первой гармонике g1 = Iа1/Iа0 и, следовательно, КПД генератора. При анодной модуляции КПД генератора в режиме молчания вдвое выше, чем при модуляции смещением. В этом состоит основное преимущество анодной модуляции перед любым видом модуляции сеточной (смещением, пентодной, усилением модулированных колебаний) [1].

Подводимая мощность к анодной цепи генератора при анодной модуляции - это сумма мощностей, которую затрачивает источник анодного питания, и мощности звуковой частоты модулятора.

Р0 МОД = Р0 МОЛ + РΩ = Р0 МОЛ(1+m2/2).

112

Колебательная мощность в режиме модуляции возрастает за счет появления боковых частот:

Р1 МОЛ = Р1 МОЛ(1 + m2/2).

Мощность, рассеиваемая в виде тепла на аноде генераторной лампы, при модуляции возрастает относительно режима молчания в 1 + m2/2 раз, так как

Ра МОД = Р0 МОД – Р1 МОД = Ра МОЛ(1 + m2/2);

В этом режиме следует сделать проверку, не превышает ли мощность Ра МОД допустимую мощность рассеяния на аноде лампы Ра ДОП.

При проектировании генератора, модулируемого на анод, очень важен вопрос выбора анодного напряжения в режиме молчания Еа МОЛ. Дело в том, что электронные лампы допускают кратковременное превышение номинальных напряжений между электродами без пробоя межэлектродных промежутков. При модуляции на анодах ламп постоянно действует напряжение Еа МОЛ, а модулирующее напряжение появляется на короткие промежутки времени. Без нарушения нормальной работы ламп можно выбрать Еа МОЛ = Еа НОМ, тогда в режиме максимальной мощности Еа МАКС = Еа НОМ (1+m). При двойном анодном напряжении в максимальном режиме лампа развивает мощность вдвое больше номинальной, поэтому для генерации одной и той же мощности при анодной модуляции требуется лампа с номинальной мощностью в два раза меньше, чем при модуляции смещением. Это существенное достоинство анодной модуляции.

При коллекторной модуляции транзисторных генераторов недопустимо даже на короткое время превышение UКЭ ДОП. По этой причине напряжение коллекторного питания в режиме молчания не должно превышать ЕК НОМ/2 и выигрыша по использованию активных приборов относительно модуляции смещением не получается.

Порядок расчета генератора при анодной модуляции.

Задано: Мощность генератора в режиме молчания Р1 МОЛ и рабочая частота f. 1. Расчет начинается с выбора номинальной мощности лампы:

Р1 НОМ ³ (1 + m)P1 МОЛ;

2.Лампа выбирается по частоте – f < fМАКС.

3.Находится анодное напряжение в максимальном режиме:

Еа МАКС = Еа НОМ (1+m).

4.Производится расчет генератора на мощность Р1 МАКС в граничном режиме. Угол отсечки выбирается равным 80 – 90о.

5.Определяются токи и напряжения в режиме молчания:

113

7. Мощность, рассеиваемая на аноде лампы, не должна превосходить допустимую:

8. Амплитуды тока и напряжения модулирующего сигнала:

IΩ = mIа0 МОЛ, UΩ = mEа МОЛ.

9. Мощность модулятора:

PΩ = m2 P0МОЛ ;

2

10. Входное сопротивление генератора для модулятора:

Как уже отмечалось, что мощность модулятора при анодной модуляции сравнима с мощностью генератора высокой частоты. От коэффициента полезного действия модулятора зависит общий КПД передатчика. Модулятор – это мощный усилитель низкой частоты. Его выходной, самый мощный каскад, должен работать с высоким коэффициентом полезного действия и малыми нелинейными искажениями. Нагрузка модулятора апериодическая, поэтому однотактный выходной каскад должен работать без отсечки анодного тока. Как было показано ранее, КПД усилителя в таком режиме менее 25%. Общие энергетические показатели системы «генератор в.ч. + модулятор» хуже, чем при модуляции смещением [4].

Применение двухтактных модуляторов (рис. 17.3) позволяет получить неискаженный сигнал в режиме с углом отсечки анодного тока 90°.

Рис. 17.3

В режиме молчания модулятор не потребляет энергию от источников питания, так как модуляторные лампы заперты. Модулятор и генератор связаны между собой с помощью модуляционного трансформатора Т1. Для уменьшения

114