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

Средняя мощность Ср, выделяющаяся в нагрузке за период модулирующего сигнала, определяется при помощи электротехни­ ческого метода наложения или суперпозиции, согласно которому токи разных частот, протекающие по линейной цепи, действуют независимо друг от друга и на активном сопротивлении нагрузки выделяют суммарную мощность. В этом случае средняя мощность

Из сравнения этого выражения с (11.9) следует, что средняя

мощность больше мощности несущих колебаний в (1 + -^—) Раз

равна Р~^н —— , т. е. пропорциональна квадрату коэффициента

4

модуляции. Поэтому полезный эффект радиотелефонной амплитуд­ ной модуляции зависит от глубины последней, которая и опреде­ ляет мощность боковых колебаний, несущих передаваемую ин­ формацию. О глубине модуляции средневолновых передатчиковобычно судят по тепловому (или термоэлектрическому) ампермет­ ру, включенному в контур или антенну.

Ток в режиме несущих колебаний

Поскольку при модуляции средняя мощность возрастает, уве­ личивается и ток, отмечаемый прибором:

30)

При 100-процентной модуляции показания амперметра увели­

чатся в У 1,5, т. е. в 1,225 раза.

Практические способы осуществления амплитудной модуляции по принципу линейного управления амплитудой высокочастотного тока (7at, /к, /а.) в соответствии с передаваемым модулирующим сигналом весьма разнообразны. В зависимости от того, в какую цепь генераторной лампы вводится модулирующее напряжение,

различают сеточную, анодную и комбинированные виды модуля­ ции. При сеточной модуляции модулирующее напряжение можно подавать в цепь управляющей сетки, экранирующей сетки тетро­ да и защитной сетки пентода, а при анодной — в анодную цепь триода. Осуществить модуляцию, воздействуя только на анодное напряжение тетрода или пентода, нельзя из-за динатронных явле­ ний, возникающих при значительном уменьшении напряжения Еа. Комбинированные схемы применяются в генераторах, выполнен­ ных на экранированных лампах. Модулирующее напряжение в них может подаваться на анод и экранирующую сетку тетрода, на анод и управляющую сетку триода одновременно и т. п.

Соотношения и выводы, полученные выше, сохраняются для любого способа амплитудной модуляции. Качество передаваемого сигнала (информации) зависит от линейности статической моду­ ляционной характеристики, представляющей собой в каждом слу­ чае зависимость амплитуды высокочастотного тока / аь /к или по­ стоянной составляющей анодного тока / ао от изменения постоянно­ го напряжение на том электроде генераторной лампы, на который подается модулирующий сигнал.

Работу передатчика с амплитудной модуляцией характеризуют так называемые динамические модуляционные характеристики:

а) амплитудная, представляющая собой зависимость коэффи­ циента модуляции от амплитуды модулирующего напряжения на входе модулятора при неизменной его частоте, т. е. m = fi(U 2 Bх) при F— Q/2n — const; для радиотелефонных передатчиков эта ха­ рактеристика снимается на средней частоте спектра модулирую­ щих колебаний (обычно 1000 Гц);

б) частотная, выражающая зависимость коэффициента моду­ ляция от частоты модулирующего сигнала при неизменном его уровне,, т. е. m = f2 (F) при £/2 BX=const. Для снятия этой характери­ стики напряжение входного модулирующего сигнала обычно вы­ бирается соответствующим коэффициенту модуляции пг= 0,3—0,5.

Перейдем к более подробному рассмотрению способов ампли­ тудной модуляции.

11.4. СЕТОЧНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Сеточной модуляцией называется управление колеба­ ниями генератора изменением напряжения смещения на его сет­ ках — управляющей (триода, тетрода) и защитной (пентода) — по закону модулирующего сигнала.

302

Модуляция на сетку триода, тетрода или пентода, как прави­ ло, осуществляется в одном из промежуточных, реже в выходном каскаде передатчика.

Как уже указывалось, модулирующее напряжение U zcosffl вводится в цепь любой сетки лампы — управляющей, экранирую­ щей или защитной. В каждом из этих отдельных случаев модуля­ ции оно действует совместно с соответствующим постоянным нап­ ряжением Egm Е8 2а, EgзпРезультирующее напряжение Eg v e 3 (1, 2, 3) не остается постоянным, как в режиме обычного усиления. Из­ менение сеточного напряжения в соответствии с модулирующим сигналом вызывает изменение амплитуды импульсов анодного то­ ка, а следовательно, и амплитуд первой гармоники анодного то­ ка / а1 и тока контура /к, колебательного напряжения UK и мощ­ ности генератора. Во всех случаях токи, напряжения и мощности изменяются в полном соответствии с выводами, сделанными при анализе амплитудномодулированных колебаний (см. § 11.2). При сеточной модуляции изменением напряжений Egi, Egz, Eg3 напря­ жение анодного питания £ а и амплитуда возбуждающего напря­ жения Ug остаются неизменными.

Модуляция в цепи экранирующей сетки применяется редко, хо­ тя она дает возможность получить достаточно линейную модуля­ ционную характеристику. Это объясняется тем, что ток экранирую­ щей сетки велик и от модулятора требуется значительно большая мощность, чем при модуляции в цепях управляющей и защитной сеток. Наиболее распространены схемы сеточной модуляции изме­ нением смещений в цепи управляющей сетки тетрода (пентода) и в цепи защитной сетки пентода. В триодных генераторах сеточ­ ная модуляция применяется очень редко.

МОДУЛЯЦИЯ ИЗМЕНЕНИЕМ СМЕЩЕНИЯ НА УПРАВЛЯЮЩЕЙ СЕТКЕ ЛАМПЫ

Применяемые на практике схемы модуляции изменением

\

Анодная и экранирующая цепи схем 11.10 и 11.11 аналогичны рассмотренным в схеме рис. 11.1.

В этих схемах модулирующее напряжение подается на сетку лампы Л т последовательно с постоянным напряжением смещения Ega, определяющим исходный режим несущих колебаний при от­ сутствии модуляции (т = 0). Обычно модулируемые каскады рабо­ тают с сеточными токами при положительных значениях мгновеных напряжений на сетке eg= E g%pe3-|-f/gCOS со/>0. В этих усло­ виях модулятор работает на нелинейную нагрузку, определяемую характером изменения тока Ig0l) (рис. 11.12). Минимальное соп-

ротивление сеточной цепи модулируемого каскада для тока основ-

•ной частоты выражается как

В остальной части периода модулирующего напряжения сопро­ тивление возрастает и оказывается бесконечно большим при отсут-)*

*) Импульсный характер изменения постоянной составляющей сеточного то­ ка / g0 при сеточной модуляции является причиной возникновения большого чис­ ла гармоник, кратных частотам модуляции. Эти токи, протекая одновременно через анодную цепь модулятора, создают в ней дополнительные падения напря-

•жений, искажающие форму модулирующего сигнала и а .

304

ствии тока сетки. Поэтому модулирующее напряжение может ос­ таваться неискаженным только при весьма малом выходном соп­ ротивлении модулятора.

Трансформаторная схема модуляции (см. рис. 11.1) позволяет уменьшить нелинейные искажения, выбрав низкий коэффициент трансформации п и используя модуляторную лампу с малым внут­ ренним сопротивлением. Наиболее выгодным является следующее соотношение этих величин:

Реостатно-дроссельная схема (см. рис. 11.10) имеет некоторые преимущества по сравнению с трансформаторной. Эта схема про­ ще и дешевле, так как дроссель легче в изготовлении, чем моду­ ляционный трансформатор. Кроме того, она позволяет обеспечить равномерное усиление в широком спектре частот модулирующих колебаний и поэтому находит применение в телевизионных пере­ датчиках. В качестве модулятора в этой схеме обычно использу­ ют резистивный усилитель, имеющий лучшую амплитудно-частот­ ную характеристику, чем усилитель с трансформаторным выходом. Модулирующее напряжение U е cos Qt с выхода модулятора по­ дается на модуляционный дроссель Дрм последовательно с напря­ жением смещения EgB. Таким образом, в цепи сетки лампы Лг мо­ дулируемого генератора также действует результирующее напря­ жение смещения Еёрез. Параллельное включение модуляционного

где Fн — низшая частота модуляции; Rr — минимальное сопротив­ ление внешней нагрузки модулятора (сеточной цепи мидулируемого генератора).

Индуктивность модуляционного дросселя Тдрм определяется из условия

Ma — допустимый коэффициент частотных искажений в области нижних частот.

В отсутствие сеточных токов применяется схема, в которой вместо дросселя Дры включается активное сопротивление (на рис. 11.10 R |), величина которого должна быть не менее (4—6) Ra-

При наличии значительных токов в цепи управляющей сетки лампы мидулируемого генератора удобно использовать схему мо-

305

Дулятора с катодной нагрузкой (см. рис. 11.11), так как она име­ ет низкое выходное сопротивление.

Автоматическое смещение в схемах сеточной модуляции во из­ бежание увеличения нелинейных искажений в процессе модуляции из-за несимметричного из­ менения то'ка сетюи не при­

меняется.

Все рассмотренные схе­ мы могут применяться и для модуляции двухтактных каскадов передатчика. В этом случае модулирующее напряжение, как и в одно­ тактном генераторе, должно последовательно склады­ ваться с напряжением сме­ щения Egi„. Результирую­ щее смещение Ед должно изменяться на сетках обеих

ламп модулируемого двухтактного каскада синфазно (рис. 11ЛЗ). В .противном случае амплитуда тока 1а1, являющегося общим в анодной цепи двухтактного генератора, не изменяется, т. е. моду­ ляция отсутствует.

РАСЧЕТ РЕЖИМА ГЕНЕРАТОРА, МОДУЛИРУЕМОГО ИЗМЕНЕНИЕМ СМЕЩЕНИЯ НА УПРАВЛЯЮЩЕЙ СЕТКЕ ЛАМПЫ

В основу расчета модулируемого генератора должны быть положены следующие соображения (рис. 11.14):

а) режим генератора во всех точках статической модуляцион­ ной характеристики должен быть недонапряжениым для сохране­ ния ее линейности;

б) режим максимальной мощности генератора, соответствую­ щий положительному полупериоду модулирующего напряжения при Eg макс может быть граничным;

в) угол нижней отсечки импульса анодного тока в максималь­ ном режиме Омане должен лежать в пределах 90—110°; дальней­ шее увеличение смещения (от Её маКо До -Eg мин) приводит к умень­ шению 0;

г) кривизну нижиего участка статической модуляционной ха­ рактеристики, вызывающую нелинейные искажения при 100-про­ центной модуляции, можно не учитывать (тем более, что реальные коэффициенты модуляции при радиотелефонии не превышают т = 0,7—0,8) и считать зависимость анодных токов / аi и / ао от из­ менений результирующего напряжения смещения Eg p c 3 линейной

в пределах Eg макс до Eg мин-

Как правило, в расчетах режимов амплитудномодулированных генераторов коэффициент модуляции принимают равным единице,

306

что дает возможность оценить максимальные значения токов, на­

пряжении и мощностей в их анодных цепях.

В процессе модуляции изменение результирующего смещения в пределах от Еемака до Egmm приводит к соответствующим измене­ ниям токов, напряжений и колебательной мощности по законам,

выраженным ф-лами (11.6), (11.7), (11.11), (11.12). Из идеализи­ рованных статических модуляционных характеристик (рис. 11.14)

следует, что текущие значе­ ния токов (напряжений, мощностей) в процессе мо­ дуляции изменяются сим­ метрично в обе стороны от значений, определяющих ре­ жим несущей. Они соответ­ ствуют недонапряженным режимам работы генерато­ ра. Степень напряженности режима характеризуется от­ ношением амплитуды коле-

Рис. 11.14. Идеализированные ста­ тические модуляционные характе­ ристики при модуляции измене­ нием смещения .на управляющей сетке лампы генератора

бательного напряжения Ua, изменяющейся 'в процессе модуляции, ж напряжению постоянного анодного питания Еа, остающегося не­ изменным. В режиме максимальной мощности (црн Egмакс) коэф­ фициент использования анодного напряжения можно принять рав­ ным граничному, т. е. £манс~£гр, что дает возможность рассчитать максимальный режим модуляции по известным формулам для граничного режима генератора.

Расчет следует начинать с выбора типа генераторной лампы для модулируемого каскада. Она должна обеспечить в максималь­ ном режиме мощность, определяемую ф-лой (11.11). Мощность в режиме несущей является основной характеристикой и походной расчетной величиной для передатчика в целом, т. е. она считается известной. Таким образом, номинальная мощность лампы Р ~ и0м

для каскада с сеточной модуляцией должна выбираться из усло­ вия

Из-за ограниченности ассортимента генераторных ламп номи­ нальная мощность может быть больше требуемой, но ни в коем случае не меньше.

Определив максимальную мощность Р ~ макс и выбрав тип ге­

307

нераторной лампы, рассчитывают р е ж и м м а к с и м а л ь н о й м ощ ност и по формулам граничного режима.

Расчет проводится в соответствии с рекомендациями § 4.10. Все данные' режима максимальной мощности соответствуют значению максимального коэффициента модуляции m = 1.

По данным максимального режима можно рассчитать режим модуляции генератора в любой точке статической модуляционной

Среднюю колебательную мощность за период модуляции нахо­ дим по ф-ле (11.16).

Мощность Рав, рассеиваемая на аноде лампы в режиме несу­ щей

Коэффициент использования анодного напряжения на основа­ нии ф-лы (11.25)

308

Данные цепи управляющей сетки в режиме несущей:

Угол нижней отсечки импульса анодного тока в режиме несу­ щей определяется соотношением :Pi('0n) =Iam/UgnS.

Следует отметить, что коэффициент полезного действия генера­ тора в режиме несущей меньше, чем в максимальном, так как генератор работает в недонапряженном режиме. Мощность, рас­ сеиваемая на аноде лампы модулируемого генератора, в режиме несущей Ра„ больше, чем в максимальном, и поэтому выбраннаялампа должна удовлетворять условию

При сеточной модуляции режим несущей, с точки зрения рас­ сеяния мощности на аноде лампы, наиболее тяжелый.

Токи управляющей и экранирующей сеток в режимах макси­ мальной мощности и несущей рассчитываются при помощи реаль­ ных характеристик лампы в порядке, рекомендованном § 4.10.

Для расчета модулятора обычно задаются:

требуемая амплитуда модулирующего напряжения при извест­

Все эти величины определяются в результате расчета режимов модулируемого генератора — максимального и несущей.

Расчеты должны удовлетворять условиям: Pg\ Макс< Pig дош

Pgln<Pg2 доп-

Подробно расчет элементов схемы и выбор режимов модулято­ ров, являющихся усилителями электрических сигналов, рассматри­ ваются в соответствующем курсе.

МОДУЛЯЦИЯ ИЗМЕНЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЗАЩИТНОЙ СЕТКЕ ПЕНТОДА

Модуляция изменением напряжения на защитной сетке пентода Eg3 весьма удобна и применяется в передатчиках радио­ телефонной связи. Модулирующее напряжение, введенное в цепь-

‘) Номинальная мощность ламшы модулятора -выбирается в несколько ,раз больше расчетной мощности Р 2 . Это в значительной мере уменьшает влияние-

изменяющегося сопротивления R r на режим модулятора.

309-

-‘защитной сетки, изменяет результирующее напряжение ^зрез по -закону

Eg 3 рез 3 н Л- EqcosQ t. (11.37)

Влияние изменения этого напряжения на токи анода и экрачшрующей сетки лампы рассматривались в гл. 3. Управление ам­ плитудой анодного тока удобно осуществлять при отрицательн/ых значениях напряжения на защитной сетке. Это свойство выгодно

■отличает рассматриваемый способ модуляции от модуляции путем ■изменения смещения на управляющей сетке, так как в цепи защит­ ной сетки отсутствуют токи (7g3= 0 ) и для модулятора не создает­ ся активная нагрузка. В этом случае модулятор работает как уси- -литель напряжения, нагруженный практически только иа блоки­ ровочную емкость в цепи защитной сетки.

Линейность статических .модуляционных характеристик (рис. 11.15) сохраняется при изменениях напряжения ЕеЗреу в пределах

■ОТ Eg3макс= 0 ДО Egs m\n= E'g3—D$E'a.

При напряжении EgЗМии лампа генератора полностью запира­ ется. Среднее арифметическое между значениями Eg3 макс и Eg 3 „ип

,310