Базовая амплитудная модуляция
При базовой АМ напряжение смещения ЕСМ=ЕБ изменяется по закону модулирующего сигнала ЕБ=ЕБ0+UМОДсоs(Ωt). Особенностью модуляции смещением является изменение в процессе модуляции не только высоты импульсов выходного тока и амплитуд составляющих выходного тока, но и угла отсечки . Достаточно линейная зависимость амплитуды первой гармоники коллекторного тока от напряжения смещения IК1=ƒ(ЕБ) обеспечивается только в недонапряженном режиме. Это следует из эквивалентной схемы коллекторной цепи генератора для данного режима, представляемой в виде генератора тока. СМХ типового каскада с базовой АМ представлена на рис. 13.
Рис. 13. Статическая модуляционная характеристика каскада с базовой АМ
При больших значениях ЕБ генератор переходит в перенапряженный режим, в котором ток IК1 практически не зависит от напряжения ЕБ, и поэтому данный режим не может использоваться при модуляции смещением на базе транзистора. В пиковой точке СМХ (соответствующей максимальному режиму модуляции) ГВВ рассчитывается в граничном или в слегка недонапряженном режиме. Используя кусочно-линейную аппроксимацию характеристик АЭ, можно получить аналитическое выражение для СМХ. Для этого используют данные расчета ГВВ в граничном режиме, соответствующем пиковой точке модуляции.
При уменьшении напряжения ЕБ угол отсечки уменьшается и при т=1 и ЕБ=ЕБmin становится равным min=0. Напряжение ЕБmin, соответствующее нулевому режиму, определяется соотношением ЕБmin=ЕОТС-UВХ, где ЕОТС – напряжение отсечки (отпирания) транзистора.
СМХ каскада базовой АМ нелинейна и имеет S-образную форму. Для уменьшения нелинейных искажений модулирующего сигнала и повышения энергетических показателей базового ГВВ угол отсечки в режиме максимальной мощности выбирается равным 110…120°. В этом случае СМХ имеет симметричный вид и четные гармоники в огибающей АМ-сигнала будут минимальными. Как правило, истинные СМХ отличаются от расчетных из-за нелинейности характеристик реальных АЭ в области изгибов.
Для анализа энергетических показателей АМ-генераторов удобно СМХ IК1=ƒ(ЕБ) и зависимость IК0=ƒ(ЕБ) аппроксимировать линейными функциями. При этом соотношения для мощностей и КПД в режиме молчания и других точках СМХ имеют простой и наглядный вид:
P0МОЛ=Р0max/(1+m);
P1МОЛ=Р1max/(1+m)2;
ŋМОЛ=ŋmax/(1+m);
ξМОЛ=ξmax/(1+m).
КПД генератора с базовой модуляцией смещением пропорционален ξМОЛ и, следовательно, в режиме молчания при т=1 уменьшается в два раза по сравнению с пиковым режимом. КПД при модуляции несколько возрастает, так как IК0МОЛ=IК0СР и P0МОЛ=Р0СР, а полезная мощность Р1СР возрастает за счет появления боковых составляющих в спектре сигнала в соответствии с выражениями (18) и (19), откуда
ŋСР=ŋМОЛ(1+0,5m2).
Однако указанное увеличение КПД незначительно, поскольку средний коэффициент модуляции речевыми сигналами мал. Поэтому расчет мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора, необходимо проверять в режиме молчания
РРАСРРАС.МОЛ=Р0МОЛ-Р1МОЛ.
В силу низкого КПД в режиме молчания базовая модуляция оказывается энергетически неэффективной.
Так как работа ГВВ при рассматриваемом способе модуляции происходит в недонапряженном режиме, то уровень базовых токов мал, что обусловливает малую мощность, потребляемую от модулятора. Следует учитывать, что нагрузкой модулятора служит цепь базы модулируемого каскада, по которой протекает постоянная составляющая базового тока, изменяющаяся с изменением коэффициента модуляции т по случайному нелинейному закону. Цепь базы имеет вентильный характер. Это приводит к возникновению нелинейных искажений модулирующего сигнала непосредственно на базе модулируемого транзистора. Для уменьшения нелинейных искажений необходимо уменьшать выходное сопротивление модулятора и снижать базовый ток. Выходная мощность модулятора определяется, исходя из значения базового тока в максимальном режиме
РМОД=0,5UМОД(IБ0mах-IБ0МОЛ).
При наличии в схеме базового ГВВ автоматического смещения в модулируемом каскаде возникает эффект демодуляции сигнала на входном электроде АЭ, в данном случае на базе транзистора. Для устранения эффекта базовой демодуляции и уменьшения нелинейных искажений напряжение смещения должно быть фиксированным.
Литература для самостоятельной подготовки: [1; 2, гл. 5.1-5.5; 3; 4, гл. 6; 6; 7(5), гл. 20.1, 20.2, 21.1-21.6].