2 АМПЛИТУДНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ |
|
||||||||
2.1 Соотношения при амплитудной модуляции |
и Н |
||||||||
гармоническим колебанием |
Ω |
, |
где |
|
H, |
ω |
– |
амплитуда |
|
колебаний несущей частоты, |
Ω , – |
|
|
|
колебания |
|
|||
При воздействии на амплитуду гармонического |
|
||||||||
колебания, получим следующий |
|
|
|
|
|
|
|
частота |
|
|
амплитуда и частота модулирующего |
||||||||
АМ – сигнал: |
|
|
|
|
|
||||
( ) = ( H+ Ω ) |
= H(1 + ) , |
(2.1) |
|||||||
H |
|
|
где m=Ω – коэффициент (показатель) АМ, максимальное значение |
||
которого max=1. |
|
|
Выражение |
(2.1) можно представить и в другой форме, применив правила |
|
тригонометрии: |
|
|
( ) = H + 2 Hcos( + Ω) + 2 Hcos( −Ω) … . |
(2.2) |
|
По выражению (2.1) получим осциллограмму АМ – сигнала, рис. 2.1 а)
Рис. 2.1 АМ сигнал и его спектр
Из рис. 2.1 а) можно определить максимальный размах амплитуды max и
минимальный min и определить коэффициент модуляции:
= max − minmax + min
8
Выражение (2.2) определяет спектр АМ, который состоит2 из колебаний несущей частоты H и двух боковых с амплитудами H и частотами
(ω+Ω) (ω-Ω)
и , рис. 2.1 в)
Следует заметить, что фазы боковых колебаний совпадают (в отличие от ЧМ). При модуляции спектром частот получим вокруг несущей две боковые полосы одинаковой конфигурации.
Определим максимальную мощность ( = 1): |
|
|
|
||||||||||||||||
Рассмотрим энергетические параметры АМ. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
= 21 |
э |
= 21 |
|
Rэ |
|
|
= (1 + )2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
UH2 |
(1+m)2 |
|
|
, |
н |
|
|
|
|
|||
где |
|
m= |
|
H(1+m) |
–максимальная амплитуда, |
– |
мощность |
в режиме |
|||||||||||
|
|
= 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 раза больше, |
|||||
несущей частоты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
При |
|
|
|
|
|
, а такой случай, может быть, имеем Pmax = 4PH . Это значит, что |
|||||||||||||
модулируемый каскад должен быть настроен на мощность в |
|
|
|||||||||||||||||
чем в режиме несущей частоты. |
PH (1+ mcosΩt)2 |
по Ω : |
|
||||||||||||||||
выражение для мгновенной мощности |
интегрируя |
||||||||||||||||||
Определим среднюю |
мощность |
в режиме |
модуляции, |
||||||||||||||||
ср |
= 21 |
∫− (1 + Ω)2Ω = + 22 … , |
|
|
(2.3) |
||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
= |
|
|
|
|
mср = 0,3 … 0,4 |
|
|
|
|
|
||||
информационной |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
где |
2 |
|
|
б - мощность информационной составляющей. |
|
|
|||||||||||||
Учитывая, |
что обычно |
|
|
|
, получим |
среднюю |
мощность |
||||||||||||
ср |
|
|
|
|
|
|
|
составляющей: |
|
|
|
|
|
|
|
||||
= 2ср ≈ 0,08 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из этого выражения и (2.3) следует, что почти вся мощность генератора идет на формирование колебаний несущей частоты и только 8% используется на формирование информационной составляющей.
Итак, мы видим существенные недостатки АМ: 1) Завышенная в 4 раза мощность генератора;
9
2) Малый (8%) информационный КПД.
При разработке амплитудных модуляторов обычно проверяют оценку качества АМ.
|
Для этой цели снимают статическую и динамические характеристики |
||||||||||
модулятора. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1, U1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
Статическая характеристика – это зависимость модулируемого фактора |
||||||||||
|
) от |
модулирующего |
фактора |
E. Статическая характеристика |
|||||||
представлена на рис. 2.2. |
|
|
|
|
|
||||||
|
Она |
позволяет |
выбрать |
участок |
|
с хорошей линейностью, а также |
|||||
установить рабочую точку |
|
в |
режиме несущей частоты. |
||||||||
|
|
∆Е |
|
||||||||
|
Динамические |
характеристики: |
|
|
|||||||
|
|
ЕН |
|
|
|
||||||
средней), |
|
Ω |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1) Амплитудная – зависимость коэффициента модуляции от амплитуды |
||||||||||
колебаний |
|
модулирующей частоты, при некоторой частотеΩ (например |
|||||||||
|
|
|
рис 2.3 а); |
|
|
|
|
|
|||
среднем значении |
Ω, рис 2.3 в). |
|
|
||||||||
|
2) Частотная – зависимость коэффициента модуляции от частотыΩ, при |
||||||||||
Динамические характеристики позволяют оценить качество АМ в работе.
Рис. 2.2 Статическая характеристика
Рис. 2.3 Динамические характеристики
10
Рассмотрим далее способы и схемы осуществления АМ. Способы АМ:
1)МодуляцияЕсм по смещению генератора, то есть изменением напряжения смещения , по входу АЭ;
2)МодуляцияЕп по питанию генератора, то есть изменением напряжения питания , по выходу АЭ;
3)Модуляция изменением сопротивления нагрузки. Этот способ обычно не применяется.
2.2Модулятор по смещению
На рис 2.4 представлена схема амплитудного модулятора по смещению. Это ГВВ с управляемым источником смещения.
Рис. 2.4 ГВВ управляемый по смещению
Управляющее колебание в этом случае подается на вход АЭ и имеет
следующий вид:
вх = см(Ω) + вх , где см(Ω)= смн + Ω.
На рис. 2.5 представлен процесс модуляции в поле проходных характеристик АЭ.
11
Рис. 2.5 АМ по смещению Как видно из рисунка 2.5, генератор при АМ работает в недонапряженном
режиме до критического. При этом изменяется угол |
отсечки . |
||
Следовательно, имеем малый КПД, но высокую линейность |
модуляционной |
||
|
|
θ |
|
Sд( вх − отс) |
|
|
|
характеристики вследствие линейности проходной характеристики |
|
||
, А так как работа происходит на входе АЭ, то требуется малая мощность модулятора.
Рассмотрим энергетические соотношения модулятора по смещению. Для этого сравним два режима модулятора: максимальной мощности и режим несущей.
Имеем следующие параметры импульсов входного тока: |
|||||
- в режиме несущей |
Iмн , θн |
. |
|
Imax , θm |
; |
- в режиме максимальной мощности |
|
||||
= 2 (1 − ), |
Iмн = 2 (1 − |
θ ). |
|||
Используя эти соотношения, получим выражение для определения угла |
|
отсечки θн: |
|
θ = 1 − Iотн(1 − ), |
(2.4) |
12
Iотн = Iмн
где .
Имеем также следующие выражения для мощностей:
1m |
= 2 |
α1 |
( )Imax Rэ |
, |
|
= 0( ) |
|
|
1 |
2 |
2 |
|
|
|
|
1 |
= 2 |
α1 ( )ImнRэ |
, |
|
н = 0( н) н П |
||
|
1 |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Используя эти выражения, получим отношения КПД в указанных режимах:
= α12( )∙0( н) |
отн |
|
|
||
|
α12( )∙0( ) |
° |
|
(2.5) |
|
|
|
|
|
|
|
Режим максимальной мощности – критический режим, а угол отсечки |
|||||
выбирается 110-120 |
|
из соображений расширения диапазона модуляции. |
|
||
|
= 2 мн и Iотн ≈ 0,5. |
|
|
||
Сделаем оценку для случая = 120°, Iотн = 0,5. |
|
|
|||
По формуле (2.4) имеем:
θ = 1 + 0,5(1 − 120) = 0,25; н = 75°,
а по формуле (2.5) получим:
|
= α12(120°)∙ 0 |
(175°) 0,5 = 0,47 |
|||
|
α1 |
(75°)∙0 |
(120°) |
. |
|
|
2 |
|
|
|
|
Таким образом, в режиме несущей КПД примерно в 2 раза меньше, чем в
режиме критическом.
Если ≈ 0,7 то = 0,35.
13