3.3. Расчет балансного модулятора

Как было отмечено в п.1.1 и п.3.1, для получения однополосного сигнала мы используем фильтровый метод. При этом ненужная боковая на выходе модулятора подавляется при помощи полосового фильтра. Фильтр должен обеспечивать значительное затухание в полосе подавляемой боковой и малое – в полосе выделяемой боковой, что является сложной задачей. Для упрощения реализации фильтров используют многократное преобразование частоты с тем, чтобы при каждом преобразовании можно было получить заданное затухание при помощи кварцевых или полосовых фильтров на LC-элементах. В высококачественных возбудителях и передатчиках с ОМ применяют, как правило, балансные (БМ) и кольцевые балансные (КБМ) модуляторы на дискретных диодах или диодных сборках из-за малого разброса параметров диодов. Упрощенная схема БМ с последовательным включением диодов приведена на рис. 3.2. При проектировании БМ и КБМ для работы на частотах выше 5...10 МГц их схемы дополняются элементами, улучшающими симметрию и уменьшающими прямое прохождение (конденсаторы С1, С2 и резистор R) (рис.3.2). В БМ и КБМ (рис.3.3) возможно согласование междувыходным сопротивлением источника сигнала R'_Г, сопротивлением нагрузки R'_Н и сопротивлением запертых R'_ДЗ, и открытых R'_ДО диодов:

при котором b для БМ принимает минимальное значение:

«Штрих» указывает на то, что рассматриваемая величина (сопротивление, напряжение, ток) относится к внутреннему контуру БМ или КБМ (рис. 3.3).

При k ››1, b≈10 дБ. Затухание КБМ вдвое меньше, чем БМ, и составляет около 4 дБ. Ослабление прямого прохождения сигналов с частотами ω0 и Ω на выход зависит от точности симметрирования модуляторов (трансформаторов, диодов) и на практике достигает 30...35 дБ.

Улучшение температурной стабильности БМ и КБМ достигается стабилизацией значений R'ДЗ и R'ДОпутем подключения термостабильных резисторов R1 и R2 (рис. 3.4), а R1=(2...5)·R'_ДО, . Затухание БМ и КБМ при этом увеличивается на 2...4 дБ. Выбор режима диодов (и транзисторов, если они используются вместо диодов, см. рис. 3.4), т. е. амплитуды напряжений на диодах сигналов с частотами ω0 и Ω, производится с учетом следующих соображений:

1) для получения большого отношения , нужно брать возможно больше;

2) для получения малых нелинейных искажений нужно выбирать малое значение отношения и, следовательно, возможно большее значение Uω0;

3) напряжение на закрытых диодах U'_ДЗ в раз больше, чем на открытых. Если тип диодов уже выбран, то нужно выполнить неравенство U'_ДЗ<U'_Д.обр, где U'_Д.обр —постоянное обратное напряжение диодов.

При проектировании БМ и КБМ задаются: полоса частот информационного сигнала Fмакс-Fмин, частота несущего колебания, коэффициент нелинейных искажений и допустимое затухание bдоп. Весь процесс проектирования можно разделить на следующие этапы.

1. Выбирают схему модулятора (БМ КБМ) по заданным параметрам (условие обязательного применения КБМ: bдоп ≤ 9 дБ).

2. Выбирают тип диодов или диодных сборок: высокочастотные; U'_Д.обр ≥50-70 В; проходная емкость С = 1…1,5 пФ; R'_ДО - возможно меньше; R'_ДЗ> 300..500 кОм. (Д2Е, Д2Ж, Д9Е, Д9ж, КДС525В или др.).

3. Определяют по характеристикам или измерением R'_ДЗ и R'_ДО при -1 и +1 В. Выбирают R1 и R2 и определяют значения:

4. Выбирают амплитуду напряжения несущей частоты на открытых диодах часто выбирают в пределах 1...2 В, чтобы мощность генератора несущей оставалась малой.

5. По графикам, приведенным на рис. 3.5, для заданных значений Кгз или Кf3 определяют и затем

6. Определяют для эквивалентной схемы БМ, КБМ напряжения, токи и мощности:

Амплитуда напряжения с частотой f0+F на нагрузке равна: в БМ и в 2 раза больше в КБМ.

7. Подключение БМ и КБМ к источнику информационного сигнала, к генератору несущей и к нагрузке (или последующему фильтру с входным сопротивлением Rф) производится через согласующие трансформаторы T1, Т2 и ТЗ (рис. 3.2) сведения о проектировании трансформаторов приведены в работе [11, § 3.4].

При расчете этих трансформаторов КПД их можно принимать равным 0,8...0,9. Коэффициенты трансформации выбирают из условий согласования БМ и КБМ с другими каскадами, при этом часто удобнее задавать напряжения на выходах усилителя информационного сигнала и генератора несущей и находить n1 и n2 из уравнений ; затем можно найти остальные выходные параметры этих узлов:

Выходное сопротивление генератора несущей следует сделать:

Трансформатор Т3 служит, как правило, только для согласования сопротивлений, при этом амплитуда напряжения составляющей с частотой ω0±Ω на нагрузке Rф будет равна для БМ , а для КБМ в 2 раза больше.

Полосовые фильтры (ПФ) для выделения желательной боковой полосы частот подключают либо непосредственно ко вторичной обмотке трансформатора ТЗ, либо к выходу эмиттерного повторителя, входная цепь которого выполняет роль активной нагрузки БМ или КБМ. Характеристики и конструктивное выполнение ПФ зависят от того, в каком каскаде однополосного модулятора они включаются. В первом преобразователе используют кварцевые двух-трехзвенные (до 12 резонаторов) фильтры с частотой среза 100...128 кГц или электромеханические фильтры с 9-12 стальными резонаторами с fср=500 кГц. Затухание в полосе пропускания у кварцевых и электромеханических фильтров составляет 10 и 6...8 дБ, а неравномерность АЧХ не превышает 3 дБ.