При модуляции мощность, излучаемая антенной, непрерывно изменяется. Мощность, усредненная за период высокой частоты,
P ( t)=0.5I 2( t)R =P |
(1+m cos t)2 |
(5) |
||
A |
A |
A |
Aмол |
|
где PAмол=0,5 I2AмолRA – мощность в режиме молчания; RA–сопротивление излучения антенны.
Мощность в максимальном и минимальном режимах выражается через
мощность в режиме молчания при cos t= 1: |
|
|
|||||||||
P |
Aмакс |
=P |
Aмол |
(1+m)2=4P |
|
|
; |
|
|
||
|
|
|
|
|
Aмол |
|
|
||||
PAмин=PAмол(1–m)2 0; |
|
(6) |
|
||||||||
При m=1 мощность в максимальном режиме в 4 раза больше, чем в режиме |
|||||||||||
молчания, а в минимальном равна нулю. |
|
|
|||||||||
Среднее значение мощности2 за период модулирующего сигнала |
|
||||||||||
|
|
|
|
PАСР |
1 |
|
|
P1МОЛ 1 m cos t 2 d t |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
(7) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
P1МОЛ 0,5mСР2 P1МОЛ P1МОЛ 1 0.5mСР2 |
|
||||||
и увеличивается по сравнению с мощностью в режиме молчания на 0,5m2 |
|||||||||||
PAмол за счет мощности двух боковых частот: |
|
|
|||||||||
Pбок=2 0,25m2 PAмол; |
|
|
|
|
|
(8) |
|||||
|
|
|
|
2 |
|
частоты (полосы) при m=1 |
|
|
|||
МощностьP одной0,25mбоковойP |
|
22 |
|||||||||
1БЧ |
|
|
1МОЛ |
|
|
|
|
|
|||
Суммарная мощность обеих боковых частот
P1БЧ 0.5P1МОЛ 0.125P1МАКС
При среднестатистическом значении m=0,3…0,5
P1БЧ (1.5...2.5)% от P1МАКС
Очевидно, что для токов IК1 и мощностей PК1 в цепи коллектора выражения,
связывающие режимы максимальный, минимальный и молчания, получаются аналогичными (3)–(8).
AM можно осуществить в любом из усилительных каскадов передатчика, если по закону сигнала информации менять фактор модуляции.
Энергетические и качественные показатели передатчика зависят от того, какое из питающих напряжений меняют при модуляции.
Различают два основных способа простой амплитудной модуляции: •смещением Е0 во входной цепи АЭ (сеточная или базовая);
•напряжением питания ЕП коллекторной (анодной) цепи (коллекторная или анодная модуляция).
Часто используют комбинированную модуляцию, при которой изменяются одновременно несколько питающих напряжений.
23
МОДУЛЯЦИЯ СМЕЩЕНИЕМ
В модулируемом каскаде (рис. 21.1) в соответствии с НЧ сигналом информации изменяют смещение на входном электроде АЭ усилителя мощности:
(9)
L2
L1
LБЛ1 СБЛ1 СБЛ3
Тр
СБЛ2
Схема усилителя мощности при модуляции смещением
В схему УМ при модуляции смещением источник модулирующего напряжения U включают
последовательно с источником EСМОЛ, задающего смещение в режиме молчания.
24
|
|
|
|
I |
|
A1 |
|
|
IA1, |
|
|
|
|
|
область |
|
|
|
IA0 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
IA0 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
НР |
|
|
|
|
область |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПР |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-EC ЗАПИР. |
-EC МОЛ -EC КР |
|
|
0 |
EС |
||||||
|
|||||||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
область |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НР |
|
|
|
|
|
I К1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I К0 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
область ПР |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
iA 
–ECМОЛ
E /C 
|
0 |
EБ |
t |
-EБ ЗАПИР. |
-EБ МОЛ -EБ КР |
Рис.
iA 
eC |
t |
|
Рис. Эпюры анодного выходного тока при модуляции напряжением смещения.
Влияние ЕС на токи IА1, IА0, (IК1, IК0) отображается изменением угла отсечки . Составляющие коллекторного тока IК1, IК0 при вариации напряжения смещения пропорциональны коэффициентам разложения 1( ), 0( ).
IA1,K1=SUВХ 1( ) |
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим статические модуляционные |
|
||
|
|
|
|
|
характеристики (СМХ) – зависимости IК1, IК0, Р1, Р0, |
|||||
|
|
|
|
|
Э от ЕС при UВХ, ЕП, RН=const. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Эти зависимости принципиально нелинейные, и |
|||
|
|
|
|
|
токи IК1, IК0 меняются только в недонапряженном |
|||||
|
|
|
|
|
режиме (HP). |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Т.к. –cos =(E -E’) /U |
BX |
линейно зависит от E , |
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
C |
|
|
|
|
|
|
то зависимости IК1(ЕС) и IК0(ЕС) аналогичны |
|
||||
|
|
|
|
|
зависимостям 1(-cos ), |
0(-cos ). |
|
|||
60 |
|
120 |
|
|
|
|
Получить 100%-ную неискаженную модуляцию |
|||
0 |
0 |
|
тока IК смещением не удается. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Для оценки энергетических соотношений при |
|||
|
|
|
|
|
модуляции в HP можно приближенно заменить |
|
||||
|
|
|
|
|
зависимости IК1(ЕС) и IК0(ЕС) прямыми, |
|
||||
|
|
|
а) |
|
соединяющими точку запирания (IК1=IК0=0, |
|
||||
|
|
|
|
|
EСмин=Е'–Uвx) и точки критического режима (КР), а |
|||||
|
|
|
|
|
в перенапряженном режиме (ПР) считать токи I26, |
|||||
|
|
СМХ УМ при модуляции смещением: а) – токи; б) – КПД; в) – мощности. |
К1 |
|||||||
|
|
|
|
|
I |
К0 |
постоянными (рис. а). |
|
|
|
С помощью идеализированных СМХ токов построены СМХ электронного КПД и мощностей (рис. б, в).
Мощность P0, потребляемая от источника
питания в цепи коллектора, |
|
P0 IK 0 EC EП |
(10) |
при Еп=const меняется подобно току IК0(ЕС). Зависимость полезной мощности P1,
P 0,5I 2 E R
развиваемой1 в коллекторнойK1 C Н цепи, от ЕС (11)
имеет вид параболы.
Мощность Pрac=P0(ЕС)–P1(ЕС), рассеиваемая АЭ, меняется тоже по параболе, но с вершиной
при таком Ес, для которого Э=0,5.
27
б)
КПД коллекторной цепи Э=0,5g1( ) , причем и g1( ), и зависят от ЕС. (Для идеализированных СМХ на рис. а коэффициент формы g1( )=IК1/IК0=const.)
Коэффициент использования напряжения ЕП (его СМХ)
=UН/EП=IКRН/EП
подобна СМХ тока IК1(ЕС), поэтому СМХ Э(Ес) пропорциональна (ЕС) и IК1(ЕС).
Для полного использования АЭ по мощности рекомендуется максимальный режим выбирать критическим, а режим молчания – посредине линейного участка СМХ
IК1(ЕС).
Поскольку реальные СМХ нелинейные (см. рис. а), коэффициент модуляции при малых нелинейных искажениях получается не более m=0,6...0,7.
Для уменьшения искажений угол отсечки коллекторного тока в максимальном режиме выбирают МАКС=110…120°.
28
Из рис. а, б, в видно, что IК0, Р0, и Э в режимах максимальном и молчания описываются теми же соотношениями, что и ток IК1:
IК0MAX=IК0МОЛ(1+m); |
|
P0 MAX=P0 Мол (1+m); |
|
MAX= МОЛ (1+m); |
|
Э MAX= Э МОЛ (1+m); |
(12) |
Мощность в режиме модуляции, усредненная за период модулирующего сигнала, равна мощности в режиме молчания Р0МОД=Р0МОЛ. На нее нужно рассчитывать источник питания EП.
КПД в режиме модуляции увеличивается по сравнению с КПД в режиме молчания за счет мощности боковых полос, но незначительно, т.к. обычно среднее
значение коэффициента модуляции mСР 0,3 |
|
|
|||||||
|
= P |
1МОД |
/ P |
0МОД |
= |
|
(1+0.5m2). |
(13) |
|
ЭМОД |
|
|
ЭМОЛ |
|
|
||||
Наибольшая мощность |
рассеивается |
АЭ в режиме |
молчания, и необходимо |
||||||
проверять выполнение условия
РРАСМОЛ < РКMAX.
Для работы модулируемого каскада с минимальными искажениями номинальная
полезная мощность АЭ должна быть не меньше мощности Р1МАКС в максимальном |
||||
режиме: |
P1НОМ |
P1МАКС |
P1МОЛ 1 |
m 2 |
|
|
|
|
29 |
(14)
Модуляция смещением возможна в НР режиме ГВВ, и только для режима максимальной мощности (максимального режима) при 100% модуляции может быть допущен режим КР. (При заходе в режим ПР СМХ зависимости IA1(EC), IA0(EC), IК1(ЕБ), IК0(ЕБ) загибаются вниз и модуляция будет сопровождаться большими нелинейными искажениями).
Мощность P модулятора невелика и составляет несколько процентов от Р1МОЛ. В этом достоинство модуляции смещением.
Нелинейность модуляционной характеристики при модуляции смещением, а также низкий КПД препятствуют их широкому применению в радиовещании и системах профессиональной связи.
Такой способ модуляции используется, например, в телевидении, где видеосигнал имеет широкую полосу (до 6 МГц). Поскольку широкополосный модулятор легче выполнить маломощным, приходится мириться с низким КПД передатчика.
30
УСИЛЕНИЕ МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ
Модуляция возбуждением (усиление модулированных по амплитуде колебаний) широко применяется в однополосных радиопередатчиках. При усилении АМ ВЧ сигнала на вход АЭ подается модулированное напряжение возбуждения
uBX=UBXМОЛ(1+ mBXcos t) cos t (15) где mВХ – коэффициент модуляции напряжения
возбуждения. В общем случае коэффициент mВХ может отличаться от коэффициента модуляции m тока коллектора IК.
Рассмотрим СМХ, определяющих режим УМ, от напряжения UBX при ЕП, RН=const.
Ток IК, меняется от напряжения UBX, если АЭ работает в HP. В НР приближенно можно считать зависимость IК1(UBX) близкой к линейной.
Форма СМХ тока IК1(UBX) в HP определяется выбором смещения.
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависимости Iа1(Umc) для разных углов отсечки
31
|
iА |
|
1. |
Угол отсечки анодного (коллекторного) тока в режиме |
||||||
|
|
|
максимальной мощности |
θМАКС = 180° (режим А). |
||||||
|
|
|
|
|||||||
|
m=mВХ |
|
|
Уравнение СМХ I |
|
= |
( )SU |
, т.к. |
(180о)=1=const, |
|
|
|
|
|
A1 |
||||||
|
|
IA0 |
|
|
1 |
|
ВХ |
1 |
|
|
|
|
|
то IA1=SUВХ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
─E /С |
─EС |
|
|
Очевидно, глубина модуляции анодного тока m |
||||||
|
0 |
еС |
|
равна глубине модуляции колебания во входной |
||||||
|
|
|
|
(сеточной) цепи m=mВХ . |
|
|
|
|||
АМ КОЛЕБАНИЕ
t
Рис.
Линейность модуляционных характеристик и их большая крутизна SM являются достоинствами режима усиления АМ колебаний при θМАКС = 180°.
Однако эти достоинства не могут быть использованы в мощных каскадах из-за низкого КПД анодной (коллекторной) цепи в таком режиме.
Он применяется в маломощных усилителях с жёсткими требованиями к нелинейным искажениям, например, в маломощных ступенях многоканальных
однополосных передатчиков. |
32 |
|
2. Если EC=Е', угол отсечки тока IК =90° и не зависит от UBX ( 1( )=0.5) , |
ток |
IК1=0,5SUBX пропорционален ~UBX и СМХ представляет прямую, |
проходящую через начало координат.
В этом случае возможно усиление модулированных колебаний с наименьшими
искажениями (рис. а). Широко применяемый режим.
iА
─E /С
0 еС
АМ КОЛЕБАНИЕ
t
Рис. 3 (а). СМХ при усилении модулированных колебаний
при m=mВХ (линейное усиление) |
33 |
|
3. Если ЕС<Е', <90° и IК меняется от UBX.
Для малых напряжений UBX<UBXМИН=Е'–ЕС ток Iк=0.
С ростом UBX в HPiАувеличиваются , высота импульса I и ток I .
─EС ─E /С
0 еС
mВХ =1
UВХМАКС
АМ КОЛЕБАНИЕ
UBXМИН
mВХ< 1 mВЫХ =1
t 
Рис. 3 (б). СМХ при усилении АМ колебаний при m> mВХ (углубление модуляции) Зависимость IК1(UBX) нелинейная, но с достаточно протяженным линейным участком. Режим применяют для углубления модуляции, так как вариации тока IК1
от нуля до IКМАКС получаются при изменении UBX от UBXМИН до UВХМАКС. |
|
Коэффициент модуляции m тока коллектора IК1 больше коэффициента |
|
модуляции mВХ напряжения возбуждения UBX (рис. б) m >mВХ. |
34 |
1
2
3
Зависимости Iа1(Umc) для разных углов отсечки
В каскаде, следующем непосредственно за модулируемым, можно рекомендовать режим с ЕС<Е', чтобы осуществить углубление модуляции, а во всех последующих
каскадах выбирать ЕС=Е'
Энергетические соотношения в режиме усиления модулированных колебаний получаются такими же, как при модуляции смещением, поскольку АЭ работает в HP.
35