5.3. Усиление модулированных колебаний

Усиление модулированных колебаний (УМК), или модуляция воз­буждением, применяется в тех случаях, когда модуляция смещением выполнена в одном из промежуточных каскадов передатчика. Это позволяет заметно снизить требования к модулятору и путем углубл­ения модуляции при усилении довести коэффициент модуляции в выходной ступени до требуемого значения т = 1. Модуляция возбуж­дением применяется в однополосных передатчиках систем связи, в мощных каскадах телевизионных передатчиков изображения и др.

При усилении АМ-колебаний на вход каскада (на базу транзис­тора) подается напряжение возбуждения высокой частоты с коэффициентом модуляции т_в

. (5.14)

Неискаженное усиление АМ-колебаний возможно в линейном режиме при Е_с> Е' + U_{б mах} и при работе в недонапряженном режиме с углом отсечки Θ = 90° (Е_с = Е'). Первый вариант не применяется из-низкого электронного КПД в режиме молчания η_{э мол} ≤10 %. Во втором случае, поскольку Е_С = Е', угол отсечки Θ = 90° не зави­сит от U₆. Модуляционные характеристики токов I_к1(U_б), I_к0 (U₆) кусочно-линейной модели АЭ в этом случае представляют собой прямые линии:

,

выходящие из начала координат и переходящие в почти горизонтальные линии в перенапряженном режиме (рис. 4.5). Реальные характеристики из-за нижнего загиба статических характеристик i_к(и_б) имеют аналогичный нелинейный участок при малых токах. Однако нелинейные искажения оказываются достаточно малыми, чем и обусловлено широкое применение этого режима при усилении модулированных и однополосных колебаний.

При запирающем смещении Е_с < Е' ток появляется в точке U_{б min} = Е' - Е_с , в которой Θ = 0. Далее с ростом U_б высота импульса и угол сечки резко увеличиваются, так что модуляционные характеристики на всем протяжении, кроме начального пологого участка, близки к линейным. Как видно из рис. 19, во избежание перемодуля-

Рис. 19. Нормированные модуляционные характеристики первой гармоники кол­лекторного тока при усилении AM колебаний для разных значений напряжения смешения:

ции выходного сигнала коэффициент модуляции входного напряже­ния должен быть не выше

, (5.15)

где — напряжение отсечки кусочно-линейной функции, аппрок­симирующей зависимость I_к1(U_б). Выразив отношение U’_б/U_{б max} через угол отсечки в критическом режиме U'₆/U_6m!iX = a cosΘ_кp, где а = 1,2 при чебышевском критерии близости аппроксимации, получим

(5.16)

Заметим, что а = 1, если U'₆ = U_6min = Е' - Е_с (так как cosΘ_кp = ) и а=4/π если U'₆ соответствует прямой, прове­денной по касательной в точке I_{к1 кр} модуляционной характеристики.

На основании (5.16) можно решить обратную задачу — найти тре­буемый угол отсечки Θ_кр, если задана глубина модуляции входного сигнала:

(5.17)

Например, при значениях т_в = 0,6...0,7, характерных для модуля­ции смещением, получаем cosΘ_кp = 0,20...0,147 (Θ_кр = 78...82°). Таким образом, рассмотренный режим можно применять в каскаде, стоящем непосредственно после каскада, модулируемого смещением. Энергетические показатели в режиме усиления АМ-колебаний получаются примерно такими же, как при модуляции смещением. АЭ выбирают исходя из пиковой мощности . Режим в пиковой точке близок к критическому: ζ_mах = (0,95... 1 )ζ_кр. При ζ_mах = 0,8 и Θ = 90° имеем η _{э max} =0,63. В режиме молчания уменьшаются вдвое при т = 1. В режиме модуляции согласно (5.13) КПД повыша­ется. Таким образом, наибольшая мощность рассеивается на коллек­торе в режиме молчания. Значение U_{б max} определяют в максималь­ном режиме, при этом U_{6 мол} = U _{б mах}/ (1 + т_в).

При модуляции смещением и усилении АМ-колебаний постоян­ная составляющая входного тока зависит от коэффициента модуля­ции, поэтому следует применять фиксированное смещение от источ­ника с малым внутренним сопротивлением.

Общий КПД передатчиков при модуляции смещением и последую­щем усилении АМ-колебаний получается низким, что препятствует их применению в радиовещании и системах профессиональной связи.