- •Глава 1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ПАРАМЕТРЫ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ
- •Классификация радиопередатчиков
- •Требования к передатчикам
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы.
- •Аппроксимация статических характеристик электронных ламп
- •Аппроксимация статических характеристик биполярных транзисторов
- •Аппроксимация статических характеристик полевых транзисторов
- •Контрольные вопросы.
- •Упражнения
- •Глава 4. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫХОДНОГО ТОКА ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
- •Контрольные вопросы.
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 6. ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОСИНУСОИДАЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ
- •Коэффициенты разложения косинусоидальных импульсов
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 7. РАСЧЕТЫ РЕЖИМОВ ГЕНЕРАТОРОВ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
- •Выбор угла отсечки и напряженности режима ГВВ
- •Нагрузочные характеристики ГВВ
- •Расчеты выходных цепей генератора
- •Расчёт режима анодной цепи лампового ГВВ по заданной мощности Р1 в граничном режиме
- •Расчёт коллекторной цепи транзисторного ГВВ
- •Расчеты входных цепей генераторов
- •Расчет входной цепи лампового ГВВ
- •Расчет входной цепи биполярного транзистора при возбуждении от источника гармонического тока
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 8. СХЕМОТЕХНИКА ГЕНЕРАТОРОВ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
- •Схемы питания выходной цепи ГВВ.
- •Последовательная схема питания коллекторной цепи
- •Параллельная схема питания выходной цепи генератора
- •Схемы питания входных цепей
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 9. СЛОЖЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ АКТИВНЫХ ПРИБОРОВ
- •Параллельная схема включения активных приборов
- •Двухтактная схема включения АЭ
- •Схемы сложения и деления мощности
- •Классическая мостовая схема
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 10. УСТРОЙСТВА СВЯЗИ ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ С НАГРУЗКОЙ
- •Узкополосные согласующие устройства
- •Пример расчета элементов Г- образного четырехполюсника.
- •П- образный четырехполюсник как трансформатор сопротивлений
- •Широкополосные согласующие устройства.
- •Фильтры гармоник широкополосных согласующих устройств.
- •Широкополосные трансформаторы
- •Широкополосные трансформаторы с магнитной связью
- •Трансформаторы на отрезках линий
- •Понятия «продольных» напряжений и токов
- •Использование ферритов для уменьшения продольных токов
- •Трансформаторы с коэффициентами трансформации 1:2 и 1:3
- •ШТЛ с дробным коэффициентом трансформации
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11. МЕЖКАСКАДНЫЕ СОГЛАСУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
- •Контрольные вопросы.
- •Глава 12. АВТОГЕНЕРАТОРЫ
- •Общие уравнения автогенераторов
- •Одноконтурные автогенераторы
- •Емкостная трехточка
- •Индуктивная трехточка
- •Условие самовозбуждения автогенератора
- •Автоматическое смещение в автогенераторах
- •Выбор транзистора для автогенераторов
- •Расчет электрического режима автогенератора
- •Расчет колебательной системы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 13. СТАБИЛЬНОСТЬ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА
- •Эталонность контура
- •Основные дестабилизирующие факторы
- •Влияние нестабильных фазовых углов на частоту автоколебаний
- •Влияние режима автогенератора на частоту автоколебаний
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14. КВАРЦЕВЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ
- •Схема замещения кварцевого резонатора.
- •Осцилляторные схемы автогенераторов с кварцем
- •Осцилляторные схемы автогенераторов, работающие на механических гармониках кварца
- •Автогенераторы, использующие последовательный резонанс кварца
- •Контрольные вопросы
- •Глава 15. ВОЗБУДИТЕЛИ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
- •Требования к синтезаторам
- •Пассивные некогерентные синтезаторы
- •Синтезатор с идентичными декадами
- •Синтезаторы с использованием косвенного метода синтеза сетки дискретных частот
- •Фазовые шумы синтезатора с ФАПЧ
- •Контрольные вопросы
- •Глава 16. ПЕРЕДАТЧИКИ С АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ
- •Модуляция смещением
- •Порядок расчета ГВВ при модуляции смещением
- •Контрольные вопросы:
- •Глава 17. АНОДНАЯ (КОЛЛЕКТОРНАЯ) МОДУЛЯЦИЯ
- •Порядок расчета генератора при анодной модуляции.
- •Контрольные вопросы
- •Глава 18. ОДНОПОЛОСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
- •Элементы формирователей однополосного сигнала
- •Балансные модуляторы
- •Полосовые фильтры основной селекции
- •Структурные схемы однополосных передатчиков
- •Особенности усиления сигналов ОБП
- •Способы повышения КПД усилителей ОБП
- •Контрольные вопросы
- •Глава 19. УГЛОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ
- •Общие характеристики угловой модуляции
- •Частотная модуляция
- •Управители частоты
- •Варикап как частотный модулятор
- •Нелинейные искажения при ЧМ
- •Фазовая модуляция
- •Контрольные вопросы
- •Глава 20. ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
- •Основные параметры импульсного сигнала
- •Импульсные модуляторы с частичным разрядом емкости
- •Процесс формирования фронта и спада напряжения на генераторной лампе
- •Формирование плоской части импульса
- •Заряд накопительной емкости через индуктивность
- •Импульсные модуляторы с тиратронным коммутатором
- •Формирование импульса напряжения отрезком длинной линии
- •Расчет элементов цепочечного эквивалента линии
- •Колебательный способ заряда емкостей ЭЛ
- •Контрольные вопросы
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Рис. 19.1
Частотная модуляция
В радиосвязи, радиовещании, телеметрии и телевидении чаще используется частотная модуляция. При выборе способа генерации ЧМ колебаний необходимо выполнить противоречивые требования к сигналу передатчика – заданная девиация частоты, заданный уровень нелинейных искажений и стабильность средней частоты.
Используются два основных метода формирования ЧМ сигналов - прямой и косвенный.
Упрощенная структурная схема передатчика с использованием прямого метода ЧМ приведена на рис. 19.2. Управляемый реактивный элемент (варикап) модулирует по частоте возбудитель передатчика. Для увеличения девиации частоты производится умножение частоты в n раз. Усилитель (УМ) доводит уровень выходной мощности передатчика до заданного уровня. Для стабилизации средней частоты вводится система автоматической подстройки частоты, устраняющая медленные уходы частоты от номинального значения.
Рис.19.2
Для формирования ЧМ колебаний косвенным методом используется фазовая модуляция в одном из промежуточных каскадов передатчика (рис.19.3).
На фазовый модулятор подается информационный сигнал через интегрирующую цепь, которая снимает зависимость девиации частоты Δω от частоты модулирующего напряжения (19.1).
127
Рис. 19.3
Действительно, если модулирующее напряжение имеет вид: uΩ = UΩ cosΩ t , тогда после интегрирования получим:
uΩ¢ = ò UΩ cos Ω t dt = UΩΩ sin Ω t;
Напряжением uΩ′ осуществляется фазовая модуляция. Фаза при этом меня-
ется в соответствии с (19.6). |
UΩ |
|
|
|
ϕ (t) = ω0t + kϕ |
sinΩ t ; |
(19.6) |
||
Ω |
||||
|
|
|
На выходе фазового модулятора частота высокочастотных колебаний изменяется в соответствии с модулирующим напряжением, то есть осуществлена
ЧМ. |
dϕ (t) |
|
ω (t) = |
= ω 0 + kϕ UΩ cos Ω t; |
|
|
dt |
|
Достоинство этого метода состоит в том, что в качестве возбудителя передатчика можно использовать кварцевый автогенератор. К числу недостатков косвенного метода ЧМ следует отнести малую девиацию частоты при значительном уровне нелинейных искажений и необходимость использования многократного умножения частоты для получения необходимого индекса модуляции.
Качество работы передатчиков с ЧМ оценивается характеристиками, аналогичными характеристикам передатчиков с АМ.
Основные из них:
–статические модуляционные характеристики – Δω(ЕУ), то есть зависимость девиации частоты от напряжения, которое подается на управитель частоты. Линейность этой характеристики определяет уровень нелинейных искажений,
–амплитудные характеристики Δω(UΩ) – зависимость девиации частоты от амплитуды модулирующего напряжения,
–частотные характеристики Δω(Ω) – зависимость девиации частоты от частоты модулирующего напряжения,
–уровень паразитной амплитудной модуляции.
Все эти характеристики определяют уровень частотных и амплитудных искажений, которые вносит модулируемая ступень ЧМ передатчика при передаче информации.
128
Управители частоты
Управление частотой автогенераторов производится различными приборами с управляемой реактивностью – индуктивностями с подмагничиванием сердечников, реактивными транзисторами, варикапами. Чаще других используются варикапы – полупроводниковые диоды, емкость обратно смещенного p – n перехода которых зависит от напряжения. Надежность, малые габариты и не-
|
значительная потребляемая мощность от источника мо- |
|
дулирующего напряжения – основные достоинства вари- |
|
капов как управителей частоты. |
|
Эквивалентная схема варикапа изображена на |
|
рис. 19.4. Она состоит из сопротивления базы r , диффу- |
|
зионной емкости открытого перехода СД, барьерной ем- |
Рис. 19.4 |
кости закрытого перехода СБ и дифференциального со- |
противления RД. В запертом состоянии емкость варикапа |
определяется барьерной емкостью, а сопротивление RД очень велико.
Это сопротивление настолько велико, что не снижает добротность современных варикапов ниже 100 даже на высоких частотах.
Рис. 19.5
Зависимость емкости варикапа от обратного напряжения (вольт-фарадная характеристика – ВАХ) показана на рис. 19.5, а соотношение (19.7) позволяет рассчитать емкость варикапа СВ в любой точке этой характеристики:
|
|
|
|
|
|
|
|
CВ (eВ ) = СВ НОМ |
ϕ + |
ЕВ НОМ |
; |
(19.7) |
|||
ϕ + eВ |
|||||||
|
|
|
|
|
где ϕ ≈ 0,6 В – контактная разность потенциалов перехода, СВ НОМ – справочная величина емкости варикапа при напряжении ЕВ НОМ, eВ – обратное напряжение на p - n переходе варикапа.
В справочниках обычно приводится величина емкости варикапа при обратном напряжении 4 В.
129
При работе в качестве управителя частоты автогенератора на варикапе действуют три напряжения, определяющие его режим (рис. 19.6).
–постоянное напряжение смещения при отсутствии модуляции – ЕВ МОЛ,
–модулирующее напряжение низкой частоты с амплитудой UΩ,
–высокочастотное напряжение с той части контура автогенератора, к кото-
рой подключен варикап – Uω.
eВ (t) = ЕВ МОЛ
+ Uω cosω t + UΩ cosΩ t;
Напряжение на варикапе не должно открывать p – n переход, иначе резко уменьшается его добротность. Для этого должно выполняться условие:
ЕВ МОЛ > UΩ + Uω;
Допустимое обратное напряжение, при котором пробивается переход варикапа, указывается в числе справочных данных. Напряжения, действующие на варикапе, должны удовлетворять и такому условию:
ЕВ МОЛ + UΩ + Uω < еВ ДОП ;
Емкость варикапов при ЕВ = 4 В лежит в пределах от единиц пФ до 250 пФ, коэффициент перекрытия по емкости kС от 3 до 18.
kC = CВ МАКС CB МИН .
Рис. 19.6 Добротность зависит от частоты и типа варикапа и ее значения заключены в диапазоне 50 – 250.
Варикап как частотный модулятор
На рис. 19.7 изображен один из вариантов схемы автогенератора, эквивалентной емкостной трехточке с заземленным коллектором.
Автогенератор модулируется по частоте варикапом. Варикап включен параллельно контурной емкости С4 через блокировочный конденсатор С3. На варикап подается смещение ЕВ МОЛ с делителя R2, R4 через резистор R3. Кроме того, на варикапе действует модулирующее напряжение UΩ и высокочастотное Uω, снимаемое с части контура автогенератора.
130
Рис. 19.7
Произведем расчет девиации частоты, полагая, что известны тип варикапа, напряжение ЕВ МОЛ, амплитуда модулирующего напряжения UΩ. В основу расчета положена методика, изложенная в [4].
Условимся, что амплитуда модулирующего напряжения UΩ выбрана так, что в пределах 2UΩ можно пренебречь нелинейностью вольт-фарадной характеристики варикапа. Напряжение на варикапе, определяющее изменение его средней емкости за период высокой частоты, изменяется так:
еВ(t) = ЕВ МОЛ + UΩ cosΩt, а емкость варикапа – СВ(t) = CВ МОЛ + С cosΩt.
Как правило, коэффициент включения варикапа в контур автогенератора pВ меньше единицы (рис. 19.8).
При отключенном от контура варикапе частота колебаний в автогенераторе равна резонансной частоте этого контура. Относительно точек подключения варикапа сопротивление контура равно:
RК = pВ2ρ Q;
Рис. 19.8 где pВ – коэффициент включения варикапа в контур автогенератора, ρ – характеристическое сопротивление контура автогенератора, Q - добротность контура.
При подключении варикапа частота автоколебаний изменится. На новой частоте проводимость контура относительно тех же точек станет комплексной:
|
1 |
= |
|
1 |
|
+ j |
α |
; |
|||
|
Z |
K |
|
R |
R |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
K |
|
|
K |
|
||
где α – обобщенная расстройка, α = |
2 |
|
ω |
Q . |
|
||||||
|
ω |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Новая частота автогенератора равна резонансной частоте системы « контур + варикап», и проводимость относительно точек подключения варикапа на этой частоте должна быть вещественной:
131