Теоретическая подготовка к работе. Амплитудная модуляция (AM) – это способ управления колебаниями, при котором амплитуда высокочастотных (ВЧ) колебаний изменяется по закону передаваемого

Амплитудная модуляция (AM) – это способ управления колебаниями, при котором амплитуда высокочастотных (ВЧ) колебаний изменяется по закону передаваемого сообщения.

При настройке и испытаниях передатчиков используется модуляция одной частотой Ω = 2π F (тональная модуляция). В этом случае выражение для модулированного тока имеет вид

i = (I_н+I_мод cos Ω t)cosω ₀t = I_н (1+ m cos Ω t)cosω ₀t.

Временная диаграмма тонального AM-колебания и соответствующий ей спектральный состав представлены на рис.2.1,

где I_н - амплитуда тока в режиме молчания (несущей частоты);

I_max = I_н(1+m), I_min = I_н(1–m) - максимальная и минимальная

амплитуда колебаний во время модуляции;

I_мод = 0, 5 (I_max – I_min) - амплитуда огибающей ВЧ – колебания;

m = I_мод/I_н=(I_max – I_min)/(I_max + I_min) – коэффициент модуляции;

Ω = 2π F - угловая частота модулирующего сигнала;

ω ₀ = 2π f - угловая частота ВЧ - колебания (несущей).

а б

Рис.2.1. Временная диаграмма тонального AM-колебания (а) и соответствующий ей спектральный состав (б)

 

Спектр AM-колебания можно представить в виде суммы трех составляющих – несущее колебание с частотой ω ₀ и двух боковых составляющих с частотами |ω ₀+Ω | и |ω ₀-Ω | (верхней и нижней боковых соответственно):

 

i = I_н cosω ₀t + 0, 5mI_н cos (ω ₀+Ω)t + 0, 5mI_нcos (ω ₀-Ω)t.

Колебательная мощность в различных режимах АМ:

· режим несущей частоты (m=0) Р_1н = 0, 5 I_к1н²R_эк;

· максимальный (пиковый) режим

P_1max = 0, 5 I_к1max² R_эк = Р_1н(1+m)²;

· минимальный режим Р_1min = Р_1н(1-m)²;

· средний режим (мощность, усредненная за период модулирующей частоты)

Р_1ср = Р_1н(1+0, 5m²),

где I_к1 – амплитуда первой гармоники коллекторного тока;

Р_1н – мощность в режиме несущей частоты;

R_эк - эквивалентное сопротивление контура в коллекторной цепи на частоте ω _0.

Отличие формы огибающей АМ-колебания от формы модулирующего сигнала связано с нелинейными и частотными искажениями. Оценка качества модуляции производится на основе статических и динамических модуляционных характеристик.

Статическая модуляционная характеристика (СМХ) – это зависимость амплитуды выходного колебания модулируемого каскада от медленноменяющегося во времени модулирующего напряжения. Например, при осуществлении базовой модуляции в качестве модулирующего напряжения выступает напряжение смещения на базе транзистора Е_б, при коллекторной модуляции – напряжение питания Е_к. При снятии СМХ напряжение модулирующего электрода (Е_к или Е_б) изменяется настолько медленно, что искажения, присущие только динамическому режиму модуляции, отсутствуют. СМХ позволяет определить границы линейной области и тем самым определить точку, соответствующую режиму несущей частоты, и оценить нелинейные искажения, возникающие в процессе модуляции.

Амплитудная динамическая модуляционная характеристика (АДМХ) – это зависимость коэффициента модуляции m от амплитуды модулирующего напряжения U _мод на постоянной частоте модуляции Ω = 2π F (рис.2.2, а). Обычно она снимается для частоты модулирующего сигнала F = 400 или 1000 Гц и дает возможность определить допустимый динамический диапазон. При малых значениях напряжения модуляции U _мод < U _{мод min} глубина модуляции может оказаться меньше паразитной (фон, шумы). Измерение глубины модуляции проводят для положительного m ₊ (U_Ω ) и отрицательного m _- (U_Ω ) полупериодов огибающей АМ-колебания. Совпадение этих зависимостей (m₊=m_—=m) и их линейность говорят о симметричности модуляции и малых нелинейных искажениях, характеризуемых коэффициентом гармоник

^.

Для уменьшения нелинейных искажений рабочую область стараются выбирать на линейном участке АДМХ.

Амплитудно-частотная модуляционная характеристика (АЧМХ) показывает зависимость глубины модуляции от частоты модулирующего напряжения F. Ее типичный вид показан на рис. 2.2, б.

а б

Рис. 2.2. Модуляционные характеристики: а – амплитудная динамическая (АДМХ); б – амплитудно-частотная (АЧМХ)

 

Одна из причин частотных искажений связана с неравномерностью частотной характеристики входного сопротивления выходной согласующей цепи генератора в полосе частот, занимаемой сигналом. При этом глубина модуляции напряжения на нагрузке отличается от глубины модуляции коллекторного тока, так как различен коэффициент передачи согласующей цепи для спектральных составляющих боковых частот и несущей частоты (рис.2.3). При соотношениях, показанных на рис. 2.3, происходит существенный спад АЧМХ на верхних модулирующих частотах.

 

Рис.2.3 Амплитудно-частотная характеристика контура

Другая причина частотных искажений связана с влиянием блокировочных и разделительных реактивных элементов, шунтирующих выход модулятора, а также блокировочных элементов в цепях модулируемого генератора и фильтрах источников питания.

Завал со стороны низких и высоких частот чаще всего происходит из-за снижения амплитуды модулирующего напряжения на управляющем электроде АЭ (на базе или коллекторе транзистора), например, вследствие снижения сопротивления параллельных индуктивностей и возрастания сопротивления последовательных емкостей (рис.2.4, а) на низких модулирующих частотах и возрастания сопротивления последовательных индуктивностей и уменьшения сопротивления параллельных емкостей (рис.2.4, б) на высоких модулирующих частотах.

Рис.2.4. Элементы, вызывающие завал амплитудно-частотной характеристики на низких (а) и высоких (б) модулирующих частотах

В зависимости от электрода, на который подается модулирующее напряжение, различают модуляцию на входной электрод (базовую модуляцию) и модуляцию на выходной электрод активного элемента (коллекторную модуляцию).