7.2.1 Нелинейные искажения при прямой модуляции сид

При модуляции интенсивности выбирают линейный участок ваттамперной характеристики излучателя. На самом деле этот участок (рисунок 7.3 участок «а-б») характеристики обладает слабо выраженной нелинейностью. Математически этот участок ваттамперной характеристики можно описать степенным рядом

(7.6)

где - коэффициенты ряда, при чем

Для переменной составляющей мощности излучения из (7.6) получим

Применим тригонометрические формулы

;

получим

(7.7)

В спектре мощности излучения (7.7) кроме полезного (модулирующего) сигнала и частотой Ω содержится гармонические колебания с частотами 2Ω, 3Ω и так далее.

Если модулирующий сигнал представить в виде суммы гармонических колебаний с частотами Ω_х, Ω_y, Ω_z, то можно показать, что в спектре появится еще и комбинационные составляющие типа Ω_х Ω_y, 2Ω_х Ω_y, Ω_х Ω_y Ω_z и так далее.

Нелинейные искажения приводят при модуляции к искажению формы сигнала и изменению его спектра. Изменение спектра опасно образованием переходных помех в многоканальных системах. По этой причине на искажение введены показатели для оценки нелинейности по второй и третьей гармониками

, (7.8)

где Р₁, Р₂, Р₃ – мощности сигнала и второй, третьей гармоник.

Минимально допустимые значения составляющих

,

Для достижения указанных значений А_2Г и А_3Г могут применяться различные методы уменьшения нелинейных искажений: предискажение, использование отрицательной обратной связи и фазовая компенсация.

Введение предискажений в информационный сигнал с(t) до модуляции, обратных тем, которые при модуляции вносит источник излучения, позволяет выполнить требование по минимальной величине А_2Г и А_3Г, однако в этом методе реализация модулятора чувствительна к возможным изменениям ваттамперной характеристики.

Метод отрицательной обратной связи широко применяется для компенсации нелинейных искажений в аналоговых системах. Необходимо отменить, что кроме компенсации нелинейных искажений в схеме с обратной связью стабилизируется величина средней мощности излучения и поддерживается рабочий режим излучателя.

При фазовой компенсации продуктов нелинейности модуляции (второй гармоники) применяется одновременная модуляция двух близких по характеристикам приборов. При этом модулирующие сигналы с(t) сдвинуты по отношению друг к другу на 90º ( ). Фазы вторых гармоник будут сдвинуты на величину π, то есть 180º.

7.2.2 Частотная характеристика прямого модулятора с сид

Частотной характеристикой (ЧХ) прямого модулятора называют зависимость мощности излучения от частоты модулирующего сигнала Р_и=f(F). Расчет ЧХ производится исходя из эквивалентной схемы СИД (рисунок 7.4). В данной схеме: С₁ – входная емкость, L – индуктивность выводов, R₁ – сопротивление потерь в микросхеме СИД, С₂(u) – емкость р-n перехода, R₂(u) – сопротивление открытого перехода. И C₂(u) и R₂(u) зависят от напряжения на переходе. Если пренебречь влиянием паразитных элементов L, C₁, R₁, то форма частотной характеристики определяется шунтирующим действием цепочки R₂С₂. Поэтому на высоких частотах, когда период модулирующих колебаний Т=1/F соизмерим с величиной τ_e, мощность излучения Р_и падает и сдвигается по фазе относительно тока i.

Рисунок 7.4

На частоте F_m= мощность Р_и=Р_max/ . Частота F_m называется граничной частотой прямого модулятора с СИД (рисунок 7.5).

Рисунок 7.5

На этой частоте мощность излучения уменьшается в раз. Реальная полоса частот модуляции СИД зависит от конструкции прибора и как правило не превышает 100 мГц.

Заметное отличие имеют характеристики модуляции СИД в высокочастотном непрерывном и импульсном режимах модуляции. Высокочастотный непрерывный режим предполагает большой ток прямого смещения I₀, на который накладывается гармоническое воздействие. В этом случае задержки рекомбинации определяются временем жизни носителей заряда в активном слое τ_е и внутренней квантовой эффективностью. Достижимая полоса частот модуляции может быть расширена до 200 мГц.

В импульсном режиме модуляции, когда происходит включение и выключение прибора большим сигналом, скорость релаксация зависит не только от τ_е, но и от таких процессов, как перезарядка диффузионной емкости р-n перехода [с(t) рисунок 7.4], установлением распределение концентрации носителей зарядов по всей области излучения (τ₃). Общее время включения СИД (быстродействие) при импульсной модуляции

В результате этого полоса модуляции СИД не достигает и 100 мГц.