книги из ГПНТБ / Пахлавян, А. Н. Радиопередающие устройства учебник

ведет к соответствующему изменению высоты импульсов анодно­ го тока, угла их отсечки, а следовательно, и амплитуды первой гармоники Ли тока модулируемого генератора. Процесс модуля­ ции поясняется рис. 11.2в и г. Первоначальному смещению EgB со-

ответствует импульс анодного тока га макс i с углом отсечки 0Н. Из­ менение смещения до величины Етш уменьшает импульс анодного тока до величины ia макс il а угол отсечки — до 10мпн и т. д. При этом меняется амплитуда тока первой гармоники, зависящая от высоты импульса га макс и угла отсечки 0:

l a 1 = а 1 ^'а макс = ®1 ^ ^ g ( 1

Импульсы анодного тока увеличиваются и уменьшаются с час­ тотой модулирующего напряжения (в рассматриваемом случае со звуковой). По этому же закону изменяется амплитуда тока пер­ вой гармоники / а1, а следовательно, и ток /к в контуре генерато­ ра. Последний выражается как

•где гк — полное активное сопротивление контура с учетом соп-

.ротивления, вносимого внешней нагрузкой генератора — входной цепью последующего каскада или цепью антенны (в случае выход­ ного каскада).

Рассмотрим вопрос о выборе режима работы генератора для <получения линейной зависимости между первой гармоникой тока ^ и током в контуре) и модулирующим напряжением uq. Как уже указывалось, статическая модуляционная характеристика, выра­ жающая зависимость lai= f(E gpea), в этом случае должна быть -линейной, т. е. ток / а1 должен изменяться пропорционально сме­ шению, линейно связанному с модулирующим напряжением. Это ■возможно только в недонапряженном режиме генератора, так как -а перенапряженном режиме импульс анодного тока искажается и пропорциональность между изменяющимися смещением Eg v e 3 и первой гармоникой тока /аi нарушается.

На рис. 11.3 показаны импульсы анодного тока при четырех значениях напряжения смещения, угла отсечки, а следовательно,

дой (амакс// и углом отсечки 0/ь а также первая гармоника тока с амплитудой /ai(//)- Режим генератора недонапряженный.

Рис. 11.3. Влияние изменения .напряжения смещения «а режим генератора и вид статической модуляционной характеристики

292

вой гармоники 1щш. Режим генератора остается недонапряженным, а форма импульса анодного тока — косинусоидальной.

анодного тока увеличивается до значения 0jy.

Дальнейшее изменение Eg в сторону положительных значений приводит к нарушению линейной зависимости первой гармоники тока от результирующего напряжения смещения, т. е. от моду­ лирующего сигнала (см. рис. П.Зв). Наступление граничного ре­ жима (Ее гр) отмечено пунктирной линией.

Закон изменения первой гармоники /а1 и постоянной состав­ ляющей / ао анодного тока при неизменном напряжении возбуж­ дения Ug и косинусоидальной форме импульса, по существу, опре­ деляется характером изменения коэффициентов разложения ai и ао этого импульса, зависящих от угла отсечки 0 или cos 0. В пре­ делах 6О°<0<12О° эта зависимость линейна.

Таким образом, статическая модуляционная характеристика (см. рис. 11.3s) оказывается линейной в ограниченных пределах.

этой характеристики при более отрицательных значениях резуль­ тирующего смещения соответствуют менее напряженным режи­ мам. Самый недонапряженный режим в процессе модуляции бу­ дет при смещении Egmiн. Симметричное изменение амплитуды ко­ лебательного тока /а1 достигается правильным выбором величины исходного напряжения смещения Eg„ в середине линейного участ­ ка статической модуляционной характеристики. •

Статическую модуляционную характеристику можно получить экспериментально, изменяя смещение на сетке генераторной лам­ пы и замеряя соответствующие величины тока в контуре /к и по­ стоянной составляющей / а0, либо расчетным путем, что сложнее.

Невозможность получения модуляции генератора, работающего в режиме А (без отсечки анодного тока), иллюстрируется рис. 11.4. Модулирующее напряжение, изменяя линейно результирующее на­ пряжение смещения, оказывает влияние только на величину тока покоя /Пою который пульсирует с частотой этого сигнала. Амплиту­ да переменной высокочастотной составляющей остается неизмен­ ной, т. е. модуляция отсутствует.

11.2. АНАЛИЗ АМПЛИТУДНОМОДУЛИРОВАННОГО КОЛЕБАНИЯ

Полученные в результате модуляции колебания с изме­ няющимися амплитудами называются модулированными. Измене­ ния амплитуды модулированных колебаний при линейном харак­ тере статической модуляционной характеристики точно повторяют форму модулирующих колебаний. Таким образом, их огибающая является отображением формы передаваемого сигнала.

293

Степень воздействия модулирующих колебаний (передаваемого сигнала) на несущие определяет величину изменения их амплиту­ ды или, другими словами, глубину модуляции, которая характери­ зуется коэффициентом модуляции т.

Рис. 11.4. Графики, поясняющие невозможность ам­

плитудной модуляции .в режиме А без отсечки анод­ ного тока

Коэффициентом модуляции называется отношение величины наибольшего изменения амплитуды модулированного колебания

Рис. 11.5. Модулированные колебания с различными коэффициентами модуляции

(тока или напряжения) А/ к амплитуде несущих колебаний /а1п; m= A / / / a i H - Это отношение справедливо для тока в контуре или в антенне. Обычно коэффициент модуляции выражают в процентах.

На рис. 11.5 приведены модулированные колебания с различ­ ными коэффициентами модуляции при передаче синусоидального

форму сигнала. При /?7>1 приращение амплитуды высокочастот­ ного колебания оказывается больше амплитуды несущих. Это на­ зывается перемодуляцией. Уменьшение амплитуды в отрицатель­ ный полупериод возможно только до нуля, т. е. на 100%. Поэтому часть колебаний срезается, и форма огибающей модулированных колебаний не соответствует форме модулирующего напряжения. В этом случае возникают искажения формы передаваемого сигнала, называемые нелинейными, так как линейная зависимость между напряжением Uя. и амплитудами токов /аь / к, / а нарушается. Та­ ким образом, во избежание искажений коэффициент модуляции даже для самых сильных сигналов должен быть не выше 100%.

Амплитудномодулированиое колебание характеризуется также коэффициентом модуляции «вверх» /л+ и «вниз» /п_, соответствую­ щим положительному и отрицательному полупериодам модули­ рующего напряжения. Этими понятиями пользуются, когда моду­ ляция по тем или иным причинам бывает несимметричной, т. е. увеличение и уменьшение амплитуд высокочастотных колебаний

жет быть больше единицы, так как амплитуда огибающей не мо­

296

жет быть меньше нуля. При положительных пиках коэффициент т+ может быть больше единицы. В этом случае форма огибающей не повторяет модулирующий сигнал и ее асимметрия является причиной нелинейных искажений при передаче.

Коэффициент модуляции зависит только от амплитуды моду­ лирующего колебания (например, от уровня громкости при пере-

Рис. 11.7. М одулированны е вы сокочастотны е к о ­

лебания при -несимметричной -модуляции

даче речи, музыки). Ка рис. 11.8 для сравнения показаны случаи

т. е. 50%. Как видно из этого рисунка, частота модулирующего сигнала характеризует только скорость изменения амплитуды вы­ сокочастотного колебания, не влияя на глубину модуляции. По сравнению с частотой несущих колебаний изменения их амплитуд, отображающие передаваемый сигнал, происходят значительно бо­ лее медленно. Так, при модуляции тоном частоты i7=1000 Гц не­ сущих колебаний частоты /н= 1 000 000 Гц (А,=300 м) за один пе­ риод модулирующего сигнала проходит 1000 периодов высокоча­ стотных колебаний.

чальную фазу ф можно принять равной нулю, т. е. ва1н= /ai cos сон/. При воздействии модулирующего сигнала в виде простого гармо­

296

где Д/ — максимальное приращение амплитуды несущихколеба­

(mi= m2)

Величина AI/Uiu определена выше и является коэффициентом модуляции т. Подставив его значение в выражение (11.4), полу­ чим

Уравнение (11.5) описывает амплитудномодулированное коле­ бание при модуляции одним тоном с частотой Q= 2nF. Выраже­ ние /а1н(1 +/гс cos Qt) представляет собой закон изменения ампли­ туды. При cos£2/=±l амплитуда принимает максимальное

значения. Колебательные напряжения изменяются по такому же закону. Так, напряжение на контуре приобретает значения:

297

Раскрывая скобки в ф-ле (11.5) и выполняя тригонометриче­ ские преобразования, получаем окончательное выражение') для амплитудно-модулированного тока при модуляции одним топом:

можно представить в виде суммы трех высокочастотных колебаний:

сущую с частотой /п= 500 кГц, верхнее боковое с частотой fu+F = = 501 кГц и нижнее боковое /„—F = 499 кГц.

Из выражения (11.8) вытекает, что амплитуда несущего коле­ бания неизменна, а амплитуды возникающих при модуляции бо­ ковых колебаний зависят от глубины модуляции. Например, при

При модуляции сложным колебанием (см. рис. 11.6), разлагаю­ щимся на косинусоидальные (или синусоидальные/ составляющие, в ряде случаев удобно изображать его и полученное амплитудномодулированное высокочастотное колебание при помощи так на­ зываемых спектральных диаграмм. На этих диаграммах каждая гармоническая составляющая сложного колебания изображается вертикальным отрезком, начинающимся на оси абсцисс. Длина от­ резка пропорциональна амплитуде данного колебания, а расстоя­ ние до него от оси ординат — частоте.

При модуляции одним тоном частоты Q(F) (рис. 11.9а) спектр AM колебания содержит три гармонических колебания — несу­ щее и два боковых, отстоящих по оси ординат на отрезок, равный частоте модулирующего колебания.

Из диаграммы рис. 11.96 следует, что при модуляции сложным сигналом общая ширина спектра AM колебаний зависит от мак­ симальной частоты модулирующего сигнала ПМакс= 2лДМакс и оп­ ределяется ее удвоенным значением 2FMaKC. Ширину необходимо­ го спектра приходится учитывать при выборе полосы пропускания*)

*) Впервы е оно бы ло лолучен-о М . В. Ш у л е й к и н ы м в 1916 г.

298

каскадов передатчика, усиливающих модулированные колебания. Очевидно, что для неискаженной передачи AM колебаний полоса пропускания каскадов передатчика и других устройств должна быть не менее 2FuaKC.

сы частот, пропускаемой контурами каскадов радиопередатчика, равна разности:

(/н + L J — — К №с) = 2Fмакс = 16 000 Гц.

Число пар симметричных боковых колебаний зависит от числа гар­ монических колебаний в спектре' модулирующего сигнала. Вся пе­ редаваемая информация содержится в боковых полосах, симмет­ ричных относительно несущего колебания. Для ее передачи и при­ ема достаточно одной боковой полосы колебания — верхней или нижней, поскольку в каждой из них содержатся все модулирую­ щие колебания, перенесенные в область высоких частот.

11.3. БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ

Баланс или распределение мощностей в выходной цепи генератора при амплитудной модуляции удобно анализировать, рассматривая прохождение амплитудномодулированного тока че­

299

рез цепь с активным сопротивлением R. Это несколько идеализиро­ ванное условие, так как сопротивление контура генератора для бо­ ковых колебаний и несущего неодинаково.

В процессе амплитудной модуляции различают следующие ха­

в) минимальный (модуляция «вниз» т_ ), при котором выде­ ляемая в нагрузке мощность минимальна;

г) режим средней мощности за один период модулирующего низкочастотного, сигнала (тср).

В режиме несущих колебаний (т = 0) мощность в нагрузке

(1L9 )

В максимальном режиме, когда амплитуда тока несущих ко­ лебаний принимает максимальное значение, ф-ла (11.6), мощность колебания также достигает максимального значения

с учетом выражения (11.9) можно записать

Минимальное значение мощности, соответствующее минималь­ ному току при модуляции формула (11.7), по аналогии с выраже­ нием (11.11) запишется в виде

Выражение (11.11) характеризует энергетические соотношения при амплитудной модуляции «вверх». Из него следует, что при т+= 1 модулируемый генератор развивает максимальную мощ­ ность Р~макс, равную учетверенной мощности в режиме несущей:

Эту мощность должна обеспечить лампа модулируемого гене­ ратора, рассчитанного на работу при /п =1.

При модуляции «вниз» (7n_= 1) колебательная мощность

Таким образом, в процессе модуляции суммарная мощность ко­ лебаний спектра частот принимает различные значения, лежащие в интервале между Р—мин и Р ~ макс, и зависит от коэффициента мо­ дуляции т.

Средний коэффициент модуляции радиовещательных передат­ чиков обычно не превышает 0,3—0,4, а передатчиков радиотеле­ фонной связи — 0,5—0,6.

300