книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

Во в т о р о м н е т р у д н о у б е д и т ь с я , п р о д е л а в а н а л о г и ч н ы е д е й с т в и я

д е н и я э т и х к о э ф ф и ц и е н т о в , не и з м е н я е т с я в п р о ц е с с е м о д у л я ц и и ,

в т е ч е н и е к о р о т к и х и н т е р в а л о в в р е м е н и , а б о л ь ш и н с т в о г е н е р а т о р ­

Отсюда следует, что использование генераторной лампы по мощности при анодной модуляции в два раза лучше, чем при

150

ляции модулирующий каскад является дополнительным источни­ ком энергии. Действительно, средняя мощность, потребляемая ге­

Для устранения нелинейных искажений коэффициент исполь­ зования анодного напряжения $ в модуляторе не должен превы­ шать 0,6—0,8. Поэтому модулятор имеет более низкий КПД по сравнению с модулируемым каскадом, работающим при коэффи­ циенте £ = 0,85—0,9. Отсюда следует, что мощность модуляторной лампы должна быть такой же или даже большей, чем мощность генераторной лампы.

При отсутствии модуляции (в режиме молчания) вся мощность модулятора Рм рассеивается на аноде модуляторной лампы. По­ этому, несмотря на лучшее использование генераторных ламп, из-за невыгодного режима модуляторных ламп схемы анодной модуляции с модуляционным дросселем имеют такие же или даже несколько худшие энергетические показатели, чем схемы модуля­ ции смещения.

Выше указывалось, что при использовании перенапряженного режима, характерного для схем анодной модуляции, для повы­ шения линейности модуляционных характеристик целесообразно включение ячеек автоматического смещения в цепь управляющей сетки генераторной лампы. При этом на управляющей сетке лам­ пы генератора создается напряжение смещения, изменяющееся по. закону модулирующего сигнала. Вследствие этого анодная моду­ ляция в подобных схемах совмещается с модуляцией смещением и иногда называется анодно-сеточной.

На рис. 1.119,6 приведена схема анодной модуляции с двух­ тактным трансформаторным модулятором, позволяющая получить глубокую (т—\) модуляцию при малых нелинейных искажениях и, следовательно, имеющая более высокие энергетические показа­ тели, чем схема с модуляционным дросселем. Подобные схемы применяются в передатчиках большой мощности.

Общим преимуществом схем анодной модуляции по сравнению с модуляцией смещением является большая линейность статиче­ ских характеристик, т. е. меньший уровень нелинейных иска­ жений.

.151

ной модуляции: сеточная модуляция смещением, анодная модуля­ ция, модуляция на экранирующую сетку и модуляция на защит­ ную сетку.

Принцип сеточной и анодной модуляции не изменяется при использовании пентодов, однако вследствие малой проницаемости пентодов анодная модуляция при использовании пентодов обычно совмещается с модуляцией на экранирующую сетку (анодноэкранная модуляция). При анодно-экранной модуляции модули­ рующее напряжение одновременно подводится к аноду и экрани­ рующей сетке.

Модуляционная характеристика при анодно-экранной модуля­ ции получается более линейной, чем при анодной, кроме того, анодно-экранная модуляция может осуществляться как в пере­ напряженном, так и иедокапряженном режимах. В перенапряжен­ ном режиме напряжение на экранирующей сетке мало влияет на анодный ток, но зато последний в сильной степени зависит от анодного напряжения. В недонапряженном режиме анодное на­ пряжение мало влияет на величину анодного тока и он изменяется главным образом под влиянием изменения напряжения на экра­ нирующей сетке.

Эта способность работы в обоих режимах является существен­ ным преимуществом анодно-экранной модуляции для передающих устройств, работающих в широком диапазоне частот, режим кото­ рых может изменяться при перестройке.

Модуляция на одну экранирующую сетку («экранная» модуля­ ция) применяется редко, так как требует большей мощности мо­ дулятора по сравнению с сеточной модуляцией смещением и не имеет преимуществ относительно схем анодной модуляции.

Рассмотрим модуляцию на защитную сетку. Генераторные пен­ тоды, как правило, обеспечивают отдачу номинальной мощности при напряжении на третьей сетке равном нулю. Это позволяет осу­ ществлять модуляцию в области отрицательных напряжений на защитной сетке, т. е. без сеточных токов и затрат мощности мо­ дулятором.

Недостатками модуляции на защитную сетку по сравнению с сеточной модуляцией смещением является наличие больших то­ ков управляющей сетки, и, следовательно, большая мощность, потребляемая от возбудителя. Перераспределение катодного тока между анодом и экранирующей сеткой, происходящее в процессе модуляции на защитную сетку, увеличивает также потери в цепи экранирующей сетки. Поэтому, если экранирующая сетка генера­ торного пентода не рассчитана на большие потери, то для умень-

152

шения потерь на второй сетке применяют комбинированную моду­ ляцию на защитную и экранирующую сетки.

Наиболее просто такая модуляция обеспечивается включением в схему модуляции на защитную сетку ячейки Rg2Cg2 (рис. 1.120, а) .

Если при этом выполняется неравенство ^ — ^ > /*?„2^Э> \ , то

при изменении тока экранирующей сетки по закону модулирую­ щего сигнала, по такому же закону (но в противофазе с током) будет изменяться напряжение на этой сетке.

На схеме, приведенной на рис. 1.120, а, используется источник постоянного смещения в цепи управляющей сетки.

Рис. 1.120. Модуляция на защитную сетку:

а — схема; б— статическая модуляционная характеристика

Часто в схемах модуляции на защитную сетку в цепь управ­

рабочей точки на характеристике определяется источником напря­ жения Egz.

С х е м ы а м п л и т у д н о й м о д у л я ц и и т р а н з и с т о р н ы х г е н е р а т о р о в .

Особенности амплитудной модуляции транзисторных генерато­ ров связаны с возникающей в процессе модуляции нестабильно­ стью входного и выходного сопротивлений транзистора.

Для уменьшения влияния этой нестабильности на режим гене­ ратора и частоту генерируемых колебаний в схемах амплитудной модуляции на транзисторах целесообразно применять неполное включение колебательного контура в коллекторную цепь транзи­ стора. Кроме того, вследствие сильного влияния изменений тем­ пературы на параметры транзисторов, необходимо использовать схемы температурной стабилизации транзисторов и ставить моду­ лируемые каскады в облегченный температурный режим.

153

Во избежание влияния модулируемого каскада на режим и частоту задающего генератора в многокаскадных транзисторных передатчиках модуляция, как правило, осуществляется в одном из последних или в оконечном каскаде передатчика. В зависи­ мости от того, в какую цепь модулируемого транзистора вводится модулирующий сигнал, различают схемы с коллекторной и базо­ вой модуляцией (рис. 1.121,а и б соответственно).

1щк1

Рис. 1.121. Схемы модуляции транзисторных генераторов и их статические модуляционные характеристики:

о — при коллекторной модуляции; б — при базовой модуляции

Коллекторная модуляция транзисторных генераторов эквива­ лентна анодной модуляции ламповых генераторов и осуществляет­ ся в перенапряженном режиме, поскольку вследствие малой про­ ницаемости транзистора коллекторное напряжение слабо влияет на коллекторный ток. Лишь в перенапряженном режиме при боль­ ших значениях тока базы изменение коллекторного напряжения транзистора существенно влияет на амплитуду первой гармоники коллекторного тока.

Следует иметь в виду, что потери энергии в цепи базы, воз­ никающие в перенапряженном режиме, значительно напружают предыдущий каскад высокой частоты. Кроме того, при выборе на­ пряжения источника £ к необходимо учитывать возможность пре­ вышения допустимых значений коллекторного напряжения, по­ скольку в процессе коллекторной модуляции напряжение на коллекторе может достигать значения 2 £ к .

тическая модуляционная характеристика приведены на рис. 1.121,6,

154

Они аналогичны схеме и статической модуляционной характеристи­ ке при сеточной модуляции смещением и не требуют дополнитель­ ных пояснений.

§11. ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

1.Общие сведения о ЧМ и ФМ колебаниях

При частотной модуляции амплитуда высокочастотных колеба­ ний остается постоянной, а в соответствии с передаваемым сигна­ лом изменяется частота высокочастотных колебаний со (рис. 1.122).

Рис. 1.122. Частотно-модулированные колебания

Изменение частоты Дш при неискаженной модуляции должно быть пропорционально амплитуде модулирующего сигнала. Если моду­ лирующий сигнал изменяется по косинусоидальному закону с ча­ стотой Q, то угловая частота модулируемого колебания изменяет­ ся следующим образом:

во времени ш = - ^ - . Отсюда фаза колебаний в момент t (так на­ зываемое текущее значение фазы) определится по формуле <р =

t

Используя формулу (1.96), получим

/t

Cf = J w0dt + j * Дсо„акс cos 2/ dt + cp0.

155

частотного колебания непрерывно изменяется относительно значе­ ния Это изменение происходит по синусоидальному закону

Дм

самплитудой — и частотой модулирующего сигнала.

Из рис. 1.122 видно, что в положительный полупернод модули­ рующего сигнала ым частота, а следовательно, и фаза ЧМ коле­ баний увеличиваются. Поэтому в положительный полупериод мо­ дулирующего сигнала ЧМ колебания опережают по фазе колеба­ ния несущей частоты (колебания при отсутствии модуляции), а в отрицательной — отстают от них.

Амплитуда изменения фазы (девиация фазы) при частотной модуляции Дюмокс называется индексом частотной модуляции. Ин­ декс частотной модуляции прямо пропорционален девиации ча­

Если модулирующий сигнал не является однотонным, а состоит из колебаний различных частот, то в формулу (1.98) для опреде­ ления индекса модуляции должно входить максимальное значе­ ние модулирующей частоты ^макс:

А/макс

'-"макс

Как видно из формулы (1.97), при частотной модуляции одно­ временно с изменением частоты изменяется и фаза высокочастот­ ных колебаний, т. е. частотная модуляция всегда сопровождается фазовой модуляцией.

Однако, несмотря на то, что девиация частоты и фазы связаны прямо пропорциональной зависимостью

= ЙАфмакс), ФМ сигнал и ЧМ сигнал нельзя отождествлять. Дей­ ствительно, при сложном модулирующем сигнале девиация частоты зависит не только от девиации фазы, но и от частоты модулирую­ щего сигнала. При фазовой модуляции в соответствии с передавае­ мым сигналом изменяется фаза несущих колебаний (девиация фазы пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала). По­ лучающуюся же при фазовой модуляции девиацию частоты нельзя считать пропорциональной амплитуде модулирующего сигнала,

156

так как связывающий девиацию частоты и фазы коэффициент пропорциональности Q изменяется в процессе модуляции.

Поэтому, например, прием ФМ колебаний на приемник, пред­ назначенный для приема ЧМ колебаний, практически невозможен без предварительного преобразования фазовой модуляции в ча­ стотную. Для такого преобразования можно использовать инте­ грирующую цепь RC. Напряжение на выходе такой цепи связано с напряжением на входе соотношением

1

Поэтому если модулирующий сигнал в фазовом модуляторе пропустить через интегрирующую цепь RC, то девиация частоты при фазовой модуляции перестает зависеть от частоты модулирую­ щего сигнала, т. е. ФМ сигнал превращается в частотно-модули­ рованный.

Фазовая модуляция для радиосвязи не применяется, однако использование фазового модулятора с интегрирующей цепью яв­ ляется довольно распространенным способом получения ЧМ коле­ баний.

2. Спектр частот ЧМ сигнала

Исходя из формул (1.97) и (1.98) и полагая для простоты на­ чальную фазу сро = 0, выразим ток в антенне при наличии частот­ ной модуляции:

Определим спектр колебаний при однотонной модуляции (при Q=const). Раскрыв скобки в выражении (1.100) по известным тригонометрическим формулам, получим

iA = Im [cos w0t • cos {mf sin Ш) — sin w0t • sin (rnf sin Qt)]. (1.101)

157

Разложение сложных функций cos (m.js'mQt) и sin (m/s'inQt)

ные тригонометрические формулы для косинуса суммы и разности

Во всех вышеприведенных формулах множители типа Jn(nif) являются математическими функциями Бесселя п-го порядка. Гра­ фики функций Бесселя различного порядка показаны на рис. 1.123.

)РпШг)

при различных индексах модуляции. Отсюда следует, что спектр ЧМ сигнала содержит бесконечный ряд колебаний боковых ча­ стот, амплитуды, которых являются функциями индекса модуля­ ции. На практике при определении ширины спектра принято учи­ тывать только боковые частоты, амплитуды колебаний которых составляют более 5% амплитуды колебаний несущей частоты.

На рис. 1.124 показаны спектры ЧМ колебаний при различных индексах модуляции /п/. Как следует из рисунка, при /Я/<1 спектр ЧМ.сигнала имеет ширину около 2FMaKC, так как заметную ампли­ туду имеют лишь колебания первой пары боковых частот. Такая частотная модуляция называется узкополосной. Недостатком узко­ полосной частотной модуляции является плохое качество воспро­ изведения сигнала, поэтому для радиовещания используется ши­ рокополосная ЧМ, т. е. модуляция при значениях индекса модуля­ ции, равных 5—8.

Ширина спектра частот, занимаемого ЧМ сигналом, при ши­ рокополосной модуляции может быть приближенно оценена удвоен­ ным'значением девиации частоты 2 Д / м а к с .

158

159