§5. Фм с помощью расстройки колебательных контуров.

Данный способ фазовой модуляции заключается в том, что при расстройке колебательного контура усилительного или умножительного каскада изменяется фаза колебаний на величину , где Δω_К - расстройка контура от резонансной частоты; Q – добротность контура.

Расстройку колебательного контура можно производить изменением величины реактивного элемента, в частности, емкости контурного конденсатора с помощью варикапа, емкость запорного слоя которого зависит от величины приложенного к p-n-переходу запирающего напряжения. Схема фазового модулятора с варикапом представлена на рис. 22.

Рис. 22. Схема ФМ модулятора с использованием расстройки колебательного контура

Если, кроме постоянного напряжения смещения Е_R к варикапу подвести напряжение низкой частоты с амплитудой U_Ω, то колебание высокой частоты на контуре усилителя будет промодулировано по фазе в соответствии с законом колебаний низкой частоты и индексом, зависящим от амплитуды U_Ω, а также от параметров колебательного контура и варикапа.

В том случае, когда в низкочастотную цепь до колебатель­ного контура включен интегрирующий четырехполюсник (см. предыдущий параграф) на выходе каскада колебание будет промодулировано по частоте с девиацией , где Ω_min — наименьшая модулирующая частота.

Индекс модуляции (соответственно девиация частоты) в схеме рис. 22 имеет небольшую величину. Поэтому для получения необходимых по техническому заданию величин Δφ и Δω_Д в передатчике требуется умножение частоты. В не­которых случаях для увеличения Δφ и Δω_Д применяют более сложную схему фазового модулятора на базе усилительного каскада с несколькими связанными контурами и одновременным управлением их резонансной частотой (рис. 23).

Рис. 23. Схема фазового модулятора с использованием связанных колебательных контуров

Выбирая однотипные варикапы допускают, что суммар­ный индекс модуляции в такой схеме увеличивается про­порционально числу контуров усилителя. Однако увеличение числа контуров более 5 нецелесообразно, так как услож­няется их совместная настройка на среднюю частоту, а так­же заметно уменьшается коэффициент усиления каскада вследствие затухания сигнала в подобном фильтре.

Можно предложить следующую последовательность рас­чета передатчика с данным способом модуляции:

1. Рассчитывается фазовый модулятор, который обычно выполняется в каскаде усиления после задающего генерато­ра. Для этой цели по методике §2 выбирается прямолиней­ный участок характеристики С_tot=f(E_R). Затем опреде­ляются:

   1. амплитуда напряжения звуковой частоты , где - напряжение, соответствующее половине длины, прямолиней­ного участка характеристики;

   2. диапазон изменения емкости варикапа, соответствую­щей выбранному U_Ω : ;

   3. максимальное отклонение частоты колебательного кон­тура от резонансного значения .

Здесь предполагается, что варикап для увеличения индек­са модуляции включается в контур полностью. Среднее зна­чение частоты сигнала ω₀ выбирается равным частоте возбу­дителя.

Величина контурной индуктивности L_к выбирается по обычной методике, при этом определение емкости кон­тура производится с учетом начальной емкости варикапа С₀, соответствующей выбранному значению Е_R нес.

После определения Δω_к находят соответ­ствующее значение индекса модуляции , а по формуле вычисляют величину девиации частоты Δω_Д ФМ на выходе фазового модулятора. Полученное значение Δφ не должно превышать 30° во избежание нелинейных искажений, что связано с нелинейностью фазовой характеристики контура. Если это неравенство не выполняется, следует уменьшить величину U_Ω.

2. Определяется число каскадов умножения частоты, не­обходимых для увеличения девиации частоты до значения, заданного техническим заданием (Δω_Д):

   1. общая кратность умножения ;

   2. количество каскадов умножения , где n - коэффициент умножения одного каскада (n=2…4).

Если обеспечение заданного значения Δω_Д требует такой кратности умножения N частоты задающего генератора (или cредней частоты сигнала на выходе фазового модулятора), при которой частота передатчика превышает рабочую, при­водимую в задании, то или понижают частоту задающего ге­нератора, но не ниже (F_max - наивысшая модулирующая частота), или изменяют блок-схему передат­чика. Если понижается частота задающего генератора, то изменяется значение ω₀ в формулах и . Поэтому для нового значения ω₀ вновь определяется Δω_К, Δφ и уточ­няются N и k.

3. Приближенно определяется число каскадов усиления. Исходными данными являются заданная колебательная мощ­ность в антенне и ориентировочное значение мощности воз­будителя. Так как передатчики с ЧМ косвенным способом имеют высокую стабильность частоты и их возбудители являются, как правило, кварцевыми, мощность возбудителя не должна превышать величин сотых долей ватта. Умножительные каскады усиливают сигнал по мощности приблизи­тельно в n раз меньше, чем усилительный каскад.

Фазовый модулятор можно рассматривать, как обычный усилительный каскад в том случае, если в коллекторную цепь включен один колебательный контур. При включении двух и более контуров (это делается для увеличения вели­чины девиации) необходимо учитывать уменьшение мощно­сти за счет затухания полезного сигнала, пропорциональное , (здесь η - КПД одиночного контура, k₁ - число кон­туров) .

4. После определения числа каскадов передатчика и составления его блок‑схемы проводится подробный электри­ческий расчет выходного и всех промежуточных каскадов, включая задающий генератор.