3.15. Фазовые модуляторы

В последнее время широкое распространение получили емкости p-n перехода для решения различных задач связанных с перестройкой частотно-избирательных цепей для целей амплитудной модуляции, амплитудно-импульсной модуляции, частотной модуляции и для фазовой модуляции.

При фазовой модуляции с помощью ёмкости p-n перехода могут использоваться непосредственно фазовые характеристики колебательных контуров или использоваться различные варианты фазосдвигающих RC цепей. В RC цепи используется ёмкость n-p перехода варактора. В RC схемах фазовых модуляторов используется в качестве управляемого элемента не только емкость p-n перехода, но и электронно-управляемое сопротивление полевого транзистора.

3.15.1. Одноконтурный фазовый модулятор

Одноконтурный ФМ - это генератор с независимым возбуждением, собственная резонансная частота контура которого перестраивается модулирующим сигналом. Схемы могут быть весьма разнообразны, однако расчётные формулы одинаковы.

При этом необходимо знать, что полученные результаты справедливы только при условии, что амплитуда ВЧ колебательного напряжения на емкости p-n перехода значительно меньше напряжения смещения. В RC схемах это условие почти автоматически выполняется. Практически можно считать это условие выполненным, если где - амплитуда ВЧ сигнала,E-напряжение смещения на варикапе (рис.3.23).

U_вых U_Ω

Есм

Ес

Рис. 3.23.

3.15.2. Прямой метод ф.М.

Фазовый одноконтурный модулятор с использованием n-n перехода (рис.2.24;3.25).

Е

Рис. 3 24

E_c C_p

E_i

Рис.3.25.

Фазовый одноконтурный модулятор со встречно-последовательным включением n-р переходом (рис. 3.26.)

Ek E_i

Рис. 3.26.

Собственная частота контура перестраивается модулирующим сигналом cos Ωt.

3.15.3. Мостовая схема фазового модулятора с полевым транзистором

Мостовая схема фазового модулятора, где в качестве электронно-управляемого сопротивления используется полевой транзистор (рис 3.27.) обеспечивает увеличенную девиацию фазы при тех же нелинейных искажениях, полученных при одноконтурных Ф.М.

При малом напряжении сток-исток полевой транзистор представляется сопротивлением, определяемым формулой:

,

где и-const для конкретного транзистора;

-напряжение на затворе. ;

E-напряжение источника питания транзистора на затворе относительно истока;

-мгновенное значение модулирующего сигнала.

UR₁ U_эu=E+

R₂

С U_вы

_х

Рис 3.27.

При расчёте мостовой схемы фазового модулятора с полевым транзистором элементы схемы выбираются из условия:

Нелинейные искажения при одинаковых индексах модуляции в 2 раза меньше, чем в схеме одноконтурного фазового модулятора

Мостовая схема фазового модулятора с ёмкостью p-n перехода и полевым транзистором.

Принципиальная схема представлена на рис. 3.28

C(U)

C E-

U_вых

R(U) E+

Рис. 3.2.8.

Сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями запишется :

,

где -сопротивление транзистора;-ёмкостьp-n перехода; -частота входного сигнала.

Для увеличения индекса модуляции напряжение модулирующегося сигналом на ёмкостьp-n C(U) перехода и полевой транзистор R(U) необходимо подавать в противофазе.

R(U)=; C(U)=.

Фазы выходного сигнала определяются выражениями:

,

где ; x=;.