16 Формирование чм и фм сигналов

Существуют прямые и косвенные методы получения ЧМ и ФМ сигналов.

16.1 Прямой метод чм

Представляет собой параметрическое управление частотой колебаний автогенератора АГ. С этой целью в колебательный контур АГ вводят дополнительную емкость или индуктивность (управляющее устройство УУ), изменяющуюся по закону модулирующего сигнала.

Рисунок 16.1 – Структурная схема прямого метода ЧМ.

Недостаток: снижение стабильности средней частоты автоколебаний , т.к частота АГ должна изменяться в широких пределах.

Наиболее часто применяется частотный модулятор на основе варикапа.

Рисунок 16.2 – Принципиальная схема частотного модулятора с варикапом.

Параллельно контуру LC-генератора с индуктивной обратной связью подключен варикап – полупроводниковый диод, емкость которого зависит от напряжения, приложенного в направлении запирания p-n перехода. Конденсатор C2 соединяет по высокой частоте варикап с емкостью контура С1 и подбирается так, чтобы его сопротивление было мало на высокой генерируемой частоте и велико на частоте модулирующего сигнала. Разделительный дроссель L3 необходим для предотвращения замыкания высокой генерируемой частоты через источники напряжений: постоянного запирающего и модулирующего .

Модулирующее напряжение изменяет запирающее напряжение на варикапе, вследствие чего меняется емкость варикапа и соответственно генерируемая частота.

Рисунок 16.3 – Вольт-фарадная характеристика варикапа.

Тогда частота автоколебаний:

,

где - средняя частота автоколебаний;

- индуктивность контура;

- емкость контура;

- средняя емкость контура;

- начальная емкость варикапа. Определяется напряжением ;

- изменение емкости контура;

- соответствующее ему изменение частоты.

При незначительном изменении емкости контура мгновенная частота контура будет изменяться в соответствии с законом изменения управляющего напряжения:

.

Знак «минус» в выражении означает, что при увеличении емкости генерируемая частота уменьшается.

16.2 Прямой метод фм

Устройством, на выходе которого фаза гармонического колебания изменяется пропорционально модулирующему сигналу , является резонансный усилитель У с LC колебательным контуром в качестве нагрузки, если к контуру усилителя подключается реактивное сопротивление (УУ), управляемое модулирующим сигналом. Изменение частоты настройки контура приводит к изменению фазы напряжения на контуре.

Рисунок 16.4 – Структурная схема прямого метода ФМ.

Рисунок 16.5 – Принципиальная схема фазового модулятора с варикапом.

Несущее колебание поступает от генератора на базу транзистора , на котором построен резонансный усилитель. Параллельно емкости контура через разделительный конденсатор С2 подключен варикап VD1, управляемый источником модулирующего сигнала.

При изменении емкости варикапа происходит изменение реактивного сопротивления контура и, следовательно, сдвига фаз между напряжением несущей на входе усилителя и напряжением на резонансном контуре .

Рисунок 16.6 – ФЧХ контура.

Уравнение фазовой характеристики контура с добротностью для небольших расстроек имеет вид:

.

Неискаженная ФМ имеет место, когда изменение пропорционально , т.е. на линейном участке фазовой характеристики, где .