Построение статической модуляционной характеристики

Для этого воспользуемся проходной характеристикой транзистора в виде функции коллекторного тока от напряжения на базе (рис. 4.31, а). Статическая модуляционная характеристика для рассматриваемого случая представляет собой зависимость амплитуды коллекторного тока первой гармоники /_К1 от напряжения смещения на базе Е_Б при воздействии на базу транзистора высокочастотного напряжения с постоянной амплитудой U_a = const.

Рис. 4.31. Проходная характеристика транзистора (а), форма импульса коллекторного тока (б), статическая модуляционная характеристика (в) и схема амплитудного модулятора (г) На рис. 4.31, б показана форма коллекторного тока при изменении напряжения смещения на базе Е_к = var. С уменьшением Е_В увеличивается амплитуда импульсов коллекторного тока, имеющих косинусоидальную форму. Затем рост амплитуды прекращается, и в импульсах появляется провал. Следовательно, с уменьшением | Е_п | также будет увеличиваться амплитуда первой гармоники коллекторного тока /_К1, а с появлением провала рост прекратится и начнется уменьшение /_К|. Статическая модуляционная характеристика приведена на рис. 4.31, в в виде функции /_к = F (E_B). Она не только объясняет принцип и возможность осуществления амплитудной модуляции, но и позволяет выбрать режим работы транзистора с минимальными искажениями, а также показывает путь схемной реализации амплитудного модулятора.

Напряжение смещения на базе транзистора^БО при отсутствии управляющего сигнала (передаваемого сообщения) должно соответствовать середине линейной части статической модуляционной характеристики. Максимальная амплитуда управляющего сигнала U_{a пих} выбирается из соображений работы в пределах линейного участка (см. рис. 4.31, в).

Схемная реализация модулятора. В приведенной на рис. 4.31, г схеме модулятора подача высокочастотного колебания и_ю, управляющего сигнала и_п п напряжения смещения Е_т осуществляется с использованием фильтрового способа. Все указанные напряжения присутствуют на базе, их источники «не мешают» друг другу. Действительно:

• для высокочастотного колебания сопротивление конденсатора выбирается близким к нулю: 1/(<�оС,) —? 0. Поэтому можно считать, что источник высокочастотных колебаний (вторичная обмотка трансформатора Г,) подключен между базой и эмиттером транзистора VT;

•для низкочастотного управляющего сигнала 1 /(QC,) —?

QL, —? 0 (благодаря малому значению Q), 1 /(QC₂) —⁵— 0 (благодаря большому значению емкости С₂). Поэтому можно считать, что источник управляющих сигналов также подключен непосредственно между базой и эмиттером транзистора VT;

• сопротивление вторичных обмоток трансформаторов T_v Т₂ постоянному току можно считать равным нулю, поэтому смещение Е_во подается непосредственно на базу VT.

В коллекторную цепь модулятора включен колебательный контур, настроенный на частоту со₀ несущего колебания. Он предназначен для выделения несущей и двух боковых полос АМ-колебания. Остальные составляющие подавляются.

Принцип работы. При отсутствии управляющего сигнала через транзистор протекает коллекторный ток с амплитудой /_к10, соответствующей напряжению смещения Е_ъо (см. рис. 4.31, в) или выбранной рабочей точке. С выхода амплитудного модулятора снимаются колебания несущей частоты (с постоянной амплитудой). С появлением управляющего сигнала напряжение смещения на базе начнет изменяться, перемещая рабочую точку по статической модуляционной характеристике, что вызовет изменение амплитуды высокочастотных колебаний.

Фазовые модуляторы. Рассмотрим два способа реализации фазовых модуляторов.

Фазовый модулятор с управляемой ФЧХ контура. Известно, что с изменением частоты от 0 до °° колебательный контур обеспечивает сдвиг фазы от +тг/2 до -п/2. На рис. 4.32, а> б приведены фазочастотные и амплитудно-частотные характеристики колебательного контура для трех резонансных частот со, со₂, со₃. Если выбрать частоту со₀ = со₂ несущей и путем перестройки изменять резонансную частоту контура в пределах со, — со₃, то можно получить изменение фазы отДер до + Дер (см. рис. 4.32, а). Из-за неравномерности АЧХ контура фазовая модуляция сопровождается паразитной амплитудной модуляцией. На рис. 4.32, б показаны пределы изменения амплитуды.

На рис. 4.32, в приведена схемная реализация описанного способа с использованием для перестройки контура варикапа VD, подключенного к контуру через небольшую емкость С,. Напряжение смещения Е_ш на варикап подается через резисторы R_v R₂. При отсутствии управляющего сигнала (и_п = 0) резонансная частота контура с учетом варикапа равна 2. Резистор /?, предназначен для того, чтобы источник управляющих сигналов не оказывал влияния на колебательный контур (не шунтировал).

Фазовый модулятор со сложением двух АМ-колебапий. При этом способе исходными данными служат два модулированных по амплитуде колебания:

u_{(t) = U_{( + mcosClt)cos (ot; u._}(t) = U₂( 1 — mcosClt)siuot.

Рис. 4.32. ФЧХ (а) и АЧХ (б) колебательного контура для трех резонансных частот со, со₂, со₃ и схема фазового модулятора (в).

Найдем результирующее колебание как сумму двух колебаний при следующих условиях: U_t = U₂= U; т = для Qt = 0; 0,5л; л; 1,5л; 2л.

Результаты суммирования приведены на рис. 4.33 в виде вектора, вращающегося против часовой стрелки с частотой со. Из рис. 4.33 следует, что:

• • результирующий вектор изменяет свое положение в пределах угла, равного 0,5л, с частотой управляющего сигнала Q. Следовательно, результирующее колебание промодулировано по фазе. Для неискаженной ФМ ее индекс составляет Дф ~ 0,25л;
• • фазовая модуляция сопровождается амплитудной.

Рис. 4.33. Способ осуществления фазовой модуляции путем сложения двух АМ-колебаний

На рис. 4.34 показана схемная реализация рассматриваемого способа. Помимо основных узлов (генератора, фазовращателя, двух амплитудных модуляторов и сумматора) в схеме используются:

• • умножитель частоты, позволяющий увеличить индекс фазовой модуляции в целое число раз;
• • амплитудный ограничитель, предназначенный для ослабления паразитной амплитудной модуляции.

Рис. 434. Реализация способа ФМ путем сложения двух АМ-колебаний

Частотные модуляторы. Рассмотрим два широко распространенных способа осуществления частотной модуляции.

Косвенный способ. При косвенном способе для получения ЧМколебаний используется фазовый модулятор. Основой для такой возможности является взаимосвязь между частотой и фазой:

со = ~т. Покажем, что это так.

Будем полагать, что:

• • управляющий сигнал изменяется по закону (4.55);
• • на вход фазового модулятора подается предварительно проинтегрированный сигнал (4.55), т. е.

где К_н = const.

Тогда по аналогии с формулами (4.58) — (4.60) получаем следующие законы изменения фазы, напряжения и частоты на выходе ФМ:

Отсюда следует, что частота на выходе ФМ изменяется по закону управляющего сигнала (4.55).

На рис. 4.35, а приведена схемная реализация рассмотренного способа частотной модуляции.

Достоинство косвенного способа — сохраняется стабильность частоты со₀ автогенератора.

Рис. 4.35. Схемная реализация косвенного (а) и прямого (б) способов осуществления частотной модуляции.

Прямой способ. Этот способ состоит в непосредственном изменении резонансной частоты колебательного контура автогенератора, определяющего частоту генерируемых колебаний. Его реализация с использованием варикапа показана на рис. 4.35, б. Схема подключения варикапа к контуру не отличается от рассмотренной выше схемы для фазового модулятора (см. рис. 4.32, в).