Принципиальная схема амплитудного модулятора

Принципиальная схема амплитудного модулятора

В предлагаемой книге рассматриваются особенности схемотехнических решений, применяемых при создании миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств. В соответствующих главах приводится информация о принципах действия и особенностях функционирования отдельных узлов и каскадов, принципиальные схемы, а также другие сведения, необходимые при самостоятельном конструировании простых радиопередатчиков и радиомикрофонов. Отдельная глава посвящена рассмотрению практических конструкций транзисторных микропередатчиков для систем связи малого радиуса действия.

Книга предназначена для начинающих радиолюбителей, интересующихся особенностями схемотехнических решений узлов и каскадов миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.

Амплитудная модуляция

Для обеспечения амплитудной модуляции сигнала, формируемого ВЧ-генератором с кварцевой стабилизацией частоты, в малогабаритных транзисторных радиопередающих устройствах обычно применяются схемы модуляторных каскадов, выполненных на одном транзисторе. Как уже отмечалось, широко используются схемотехнические решения каскадов, которые в процессе модуляции обеспечивают изменение напряжения питания активного элемента генератора в соответствии с мгновенным значением уровня модулирующего сигнала.

Принципиальная схема одного из вариантов такого модулятора, основу которого составляет биполярный n-p-n-транзистор, приведена на рис. 4.12.

Рис. 4.12. Принципиальная схема амплитудного модулятора на биполярном n-p-n-транзисторе для генератора с кварцевой стабилизацией частоты

В рассматриваемой конструкции на транзисторе VT1 выполнен кварцевый генератор, а на транзисторе VT2 – модулятор радиопередающего устройства. Транзистор VT1 по переменному току включен по схеме с общим эмиттером, стабилизация рабочей точки этого транзистора обеспечивается с помощью цепи ООС, а режим работы по постоянному току определяется величиной сопротивления резистора R1. Модулирующий низкочастотный сигнал подается на базу транзистора VT2 через разделительный конденсатор С1. Режим работы этого транзистора определяется величиной сопротивления резистора R2.

Особенностью данного схемотехнического решения модулятора является включение перехода коллектор-эмиттер транзистора VT2 между эмиттером транзистора VT1 и шиной корпуса. В соответствии с мгновенным значением модулирующего НЧ-сигнала, поступающего на базу транзистора VT2, происходит запирание или отпирание этого транзистора. При этом изменяется падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT2, что приводит к изменению величины напряжения питания, которое подается на каскад, выполненный на транзисторе VT1. В результате изменяется режим работы транзистора VT1 по постоянному току с соответствующим изменением амплитуды ВЧ-сигнала, формируемого кварцевым генератором. Модулированный по амплитуде сигнал снимается с коллектора транзистора VТ1.

Необходимо отметить, что величина сопротивления резистора R2 выбирается так, чтобы с учетом значения потребляемого генератором тока величина напряжения на коллекторе транзистора VT2 была равна приблизительно половине напряжения питания. При необходимости напряжение на коллекторе транзистора модулятора может быть в пределах от 1 /4 до 3 /4 напряжения питания конструкции.

Каскад, обеспечивающий амплитудную модуляцию сигнала кварцевого генератора, может быть выполнен на биполярном транзисторе p-n-p проводимости. Принципиальная схема одного из вариантов такого модулятора приведена на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Принципиальная схема амплитудного модулятора на биполярном p-n-p-транзисторе для генератора с кварцевой стабилизацией частоты

На транзисторе VT1 выполнен модулятор, а на транзисторе VT2 – кварцевый генератор радиопередающего устройства. Особенностью данного схемотехнического решения модулятора является включение перехода коллектор-эмиттер транзистора VT1 между коллектором транзистора VT2 и положительной шиной источника питания. Положение рабочей точки транзистора VT1 определяется величинами и соотношением сопротивлений делителя, в состав которого входят резисторы R1 и R2.

Транзистор активного элемента генератора по переменному току включен по схеме с общим эмиттером, при этом положение рабочей точки транзистора VT2 определяется величинами и соотношением сопротивлений делителя, в состав которого входят резисторы R3 и R4. Эти же резисторы совместно с резистором R5 образуют схему стабилизации положения рабочей точки. Кварцевый резонатор BQ1 включен последовательно с конденсатором С2 в цепь обратной связи между коллектором и базой транзистора VT2.

Модулирующий низкочастотный сигнал подается на базу транзистора VT1 через разделительный конденсатор С1. В соответствии с мгновенным значением модулирующего НЧ-сигнала происходит запирание или отпирание этого транзистора и, как следствие, изменяется падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер. В результате по закону модулирующего сигнала изменяется величина напряжения питания, подаваемого на транзистор VT2, на котором выполнен активный элемент генератора. Изменение режима работы транзистора VT2 по постоянному току приводит к соответствующему изменению амплитуды формируемого кварцевым генератором ВЧ-сигнала. Модулированный по амплитуде сигнал снимается с коллектора транзистора VТ2.

Читайте также:  Как закрепить майл в панели задач

Характеристики модуляторов

Основными характеристиками модуляторов являются модуляционная и частотная.

Модуляционная характеристика представляет собой зависимость отклонения информационного параметра несущей от воздействующего постоянного модулирующего напряжения Uм. При гармонической несущей это отклонение амплитуды ?Um при АМ, отклонение частоты ?? при ЧМ и отклонение фазы ?? при ФМ.

В идеальном случае модуляционная характеристика должна быть линейной (рисунок 15) однако реальная характеристика имеет отклонения. Эти отклонения приводят к нелинейным искажениям модулированного сигнала. По данной характеристике определяют качественные показатели модулятора (амплитуду модулирующего сигнала).

Рисунок 15 — модуляционная характеристика модулятора

Частотная характеристика представляет собой зависимость основного параметра модулированного сигнала от частоты модулирующего гармонического сигнала uМ(t). Для гармонической несущей такими параметрами являются ? коэффициент mАМ при АМ, девиация частоты ??m при ЧМ, индексу ??m при ФМ.

Идеальная частотная характеристика имеет постоянное значение на всех частотах (рисунок 16). Реальная характеристика имеет отклонения, что приводит к частотным искажениям. По частотной характеристике определяют частотные свойства модулятора (полосу пропускания модулятора).

Рисунок 16 — Частотная характеристика модулятора

Модуляционная и частотная характеристики снимаются экспериментально.

Формирование амплитудно-модулированных сигналов

Однотактный амплитудный модулятор на диоде

В состав данного модулятора входит диод (нелинейный элемент) и полосовой фильтр (рисунок 17). Нелинейный элемент в схеме необходим так как модуляция связана с изменением спектра сигнала.

Рисунок 17- Принципиальная электрическая схема однотактного амплитудного модулятора на диоде

На диод VD, вольтамперная характеристика которого аппроксимирована полиномом второй степени, подаются три напряжения: напряжение смещения U, напряжения модулирующего сигнала (u(t)) и несущего (S(t)) колебания. Спектр отклика диода при таком воздействии будет иметь вид (рисунок). В данном спектре модулированному сигналу соответствуют составляющие на частотах w, ?±?. Эти составляющие выделяются полосовым фильтром, в качестве которого используется колебательный LC контур, настроенный на частоту ?. Временные диаграммы сигналов представлены на рисунке 18.

Рисунок 18 — Спектральная диаграмма отклика диода

Недостатком данного модулятора является присутствие в спектре АИ сигнала составляющей несущего сигнала.

Балансный модулятор

Данный модулятор представляет собой два однотактных амплитудных модулятора работающих на общую нагрузку (рисунок 19). Модулятор содержит два диода с одинаковыми ВАХ аппроксимированными полиномами третьей степени. Два резистора с малым, но одинаковым сопротивлением являются нагрузкой диодов. Модулирующий сигнал подается через первичную обмотку трансформатора, а несущее колебание подается через среднюю точку вторичной обмотки трансформатора и точкой соединения двух резисторов.

Рисунок 19 — Принципиальная электрическая схема балансного модулятора

Если в некоторый момент времени напряжения u(t) и S(t) будут иметь полярность показанную на рисунке, то пренебрегая падением напряжения на резисторах, напряжение на диодах будет равно:

где uII(t) — напряжение модулирующего сигнала во вторичной обмотке трансформатора.

Напряжение на выходе балансного модулятора будет равно

где а1, а2, а3 — коэффициенты аппроксимирующего полинома.

Спектр сигнала на выходе модулятора показан на рисунке 20.

Рисунок 20 — Спектральная диаграмма сигнала на выходе балансного модулятора

Как следует из спектра выходного сигнала, в нем отсутствуют составляющие несущего сигнала, четные составляющие модулирующего сигнала и их высшие гармоники, которые вносят искажения формы модулированного сигнала. Отсутствие составляющей несущего сигнала и ее гармоник объясняется тем, что падение напряжения, вызванные токами этих колебаний на резисторах, имеют одинаковые значения, но противоположную полярность. К недостаткам модулятора можно отнести наличие составляющих модулирующего сигнала и высших гармоник модулированного сигнала.

Кольцевой модулятор

Данный модулятор представляет собой два балансных модулятора работающих на общую нагрузку (рисунок 21).

Рисунок 21 — Принципиальная электрическая схема кольцевого модулятора

Четыре диода VD1 — VD4 имеют одинаковые ВАХ аппроксимированные полиномами третьей степени. Если полярность напряжений u(t) и S(t) в некоторый момент времени соответствует показанной на рисунке, то, пренебрегая падением напряжения на резисторах, напряжение на диодах будет равно

Напряжение на выходе модулятора будет равно

Спектр сигнала на выходе кольцевого модулятора показан на рисунке 22.

Рисунок 22 — Спектральная диаграмма сигнала на выходе кольцевого модулятора

Как видно из диаграммы в спектре сигнала отсутствуют составляющие несущего и модулирующего сигналов, а также отсутствуют высшие составляющие модулированного сигнала. Таким образом, кольцевой модулятор является идеальным модулятором, но лишь для сигналов небольшой амплитуды. При больших амплитудах S(t) и u(t) в спектре выходного сигнала появляются различные комбинации нечетных гармоник входных сигналов.

Читайте также:  Города спутники москвы список

Амплитудный модулятор на транзисторе

Данный модулятор (рисунок 23) используется для формирования больших амплитуд.

Рисунок 23- Принципиальная электрическая схема амплитудного модулятора на транзисторе

В модуляторе в качестве нелинейного элемента используется транзистор (VT), включенный по схеме с общим эмиттером. Нагрузкой транзистора является колебательный контур С2 L1, который используется в качестве полосового фильтра и настраивается на частоту первой гармоники несущего колебания w. Также модулятор содержит делитель напряжения R1 R2 подающий напряжение смещения для выбора положения рабочей точки транзистора, резистор R3 обеспечивающий температурную стабилизацию рабочей точки, разделительные конденсаторы С1, С3, С4 разделяющие ток питания от тока сигнала. Модулирующий сигнал подается на эмиттер транзистора. Несущее колебание вместе с напряжением смещения поступают на базу VT. Модулированный сигнал снимается с коллектора.

Достоинством данного модулятора является высокий КПД, т. к. транзистор работает в режиме отсечки коллекторного тока. Временные диаграммы сигналов схемы, поясняющие процесс формирования АМ сигнала в режиме отсечки коллекторного тока показаны на рисунке 24.

Рисунок 24 — Формирование АМ сигнала в режиме отсечки коллекторного тока

Преобразование частоты

Преобразование частоты — процесс переноса спектра сигнала в область более высоких или более низких частот без изменения формы спектра и формы сигнала.

Под формой спектра понимается соотношение между составляющими спектра сигнала. По сути, модуляция и детектирование также являются преобразованием частоты, т. к. при модуляции спектр модулирующего сигнала переносится в область более высоких частот, а при детектировании происходит обратный процесс. Но в основном при преобразовании частоты осуществляется изменение частоты модулированных сигналов.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Модуляторы предназначены для управления одним или несколькими параметрами передаваемого колебания по закону передаваемого сообщения. Модулированное колебание имеет вид

Амплитудную модуляцию можно осуществлять как с помощью линейных, так и нелинейных преобразований. Простейшим амплитудным модулятором служит нелинейный усилитель, резонансный контур которого настроен на частоту несущего колебания.

Одна из возможных схем модуляторов и осциллограммы ее работы показаны на рисунке.

Процесс модуляции сопровождается изменением спектра модулируемого колебания и осуществляется с помощью нелинейных элементов (ламп, транзисторов). При модуляции напряжение смещения на базе изменяется в такт с модулирующим колебанием, при этом напряжение возбуждения ВЧ и коллекторное питание остаются постоянными. Режим работы усилителя выбирается нелинейным, поэтому при изменении напряжения смещения изменяется величина импульсов коллекторного тока, при этом амплитуда колебаний, выделяемых коллекторным контуром тоже будет изменяться, т.е. получаем амплитудно-модулированный сигнал.

При постоянном напряжении смещения и постоянной амплитудевозбуждающего колебания импульсы коллекторного тока имеют постоянную амплитуду и величина первой гармоники тока, также будет постоянной. Если подавать на вход транзистора только переменное напряжение НЧ управляющего сигнала, то вследствие того, что контур для колебаний НЧ имеет сопротивление близкое к нулю, в контуре колебания будут отсутствовать. При совместной подаче высокочастотного сигналаи переменного напряжения смещенияизменяется величина высокочастотных импульсов коллекторного тока, в связи с этим изменяется и амплитуда тока первой гармоники сигнала, выделяемой в коллекторном контуре. Таким образом и получают АМ колебание.

Лекция № 6 по курсу

“Теория электрической связи”

Детектирование

1. Амплитудное детектирование

На вход детектора поступает АМ сигнал, который в простейшем случае имеет вид . Задача детектора состоит в том, чтобы преобразовать АМ колебание в напряжение, изменяющееся по закону их огибающей, т.е. в данном случае в напряжение

Эта операция осуществляется цепью, состоящей из трех основных элементов: нелинейного элемента, фильтра и нагрузки.

Нелинейный элемент искажает форму колебаний и изменяет частотный спектр их таким образом, что в составе преобразованного колебания появляется компонента с частотой, соответствующей огибающей АМ колебаний. Этот компонент тока поступает в нагрузку (активное сопротивление) и создает на ней пропорциональное напряжение. Остальные (высокочастотные) компоненты тока отводятся от нагрузки через фильтр.

Рассмотренная блок-схема является общей для амплитудных детекторов всех типов. Хорошая работа любого детектора возможна лишь при правильном выборе режима нелинейного элемента и параметров нагрузки и фильтра. Сущность процесса детектирования наиболее просто проанализировать на примере коллекторного детектора.

Читайте также:  Как создать чат в друг вокруг

Предположим, что амплитуда входного сигнала велика настолько, что, не боясь больших погрешностей в расчете, можно представить рабочий участок вольтамперной характеристики нелинейного элемента в виде кусочно линейного.

Воздействие АМ колебаний вызовет появление в коллекторной цепи импульсов тока, величина которых будет изменяться по закону огибающей, а угол отсечки для всех импульсов будет равен .

Рассмотрим с качественной стороны характер изменения напряжения на коллекторной нагрузке. Каждый импульс анодного тока осуществляет зарад конденсатора C с постоянной времени, где— среднее сопротивление нелинейного элемента. В паузах между импульсами анодного тока конденсатор разряжается через сопротивление R, с постоянной времени. Сопротивление R выбирается большим, так чтои изменение напряжения на нагрузке происходит по закону ломанной линии.

При соответствующем выборе постоянных времени иможно добиться того, чтобы среднее за период высокочастотных колебаний напряжение на нагрузке (обозначим сплошной линией) достаточно точно повторяя огибающую детектируемых колебаний. Однако постоянную временинельзя все же выбирать сколь угодно большой. При слишком большой величинеконденсатор за время паузы между импульсами будет терять слишком малый заряд, в результате чего напряжение на нем не будет поспевать за огибающей.

Напряжение на нагрузке детектора поступает не фильтр, сглаживающий ВЧ пульсации.

Для того, чтобы нагрузочная цепь выполняла роль частотного фильтра, требуется выполнение неравенств ; .

Эти условия означают, что конденсатор практически полностью шунтирует сопротивление R для токов радиочастот (несущей) и не оказывает влияние на протекание в коллекторной цепи токов частот модуляции.

Выходное напряжение детектора

.

Знак вызван тем, что конденсатор не может быть идеальным фильтром для ВЧ составляющих, вследствии чего они вызывают некоторые пульсации напряжения.

Амплитуды сигналов на входе и на выходе связаны прямой пропорциональностью .

Поэтому такой режим работы детектора называют линейным, т.е. детектирование происходит без искажений. Однако на практике это не всегда выполнимо. Наиболее важной причиной искажений при детектировании оказывается уклонение характеристики нелинейного элемента на рабочем участке от принятой нами ломанной линии. Замена истинной характеристики на кусочно-линейную более или менее допустима при больших амплитудах детектируемого напряжения и невозможна при малых амплитудах.

ВАХ нелинейного элемента при малых значениях амплитуды входного сигнала должна быть аппроксимирована степенной зависимостью вида

.

Подставляя в это выражение, выражение для входного сигнала, среди всех комбинационных колебаний выберем лишь низкочастотные составляющие

.

.

Составляющая коллекторного тока практически не отфильтровывается конденсатором нагрузки и искажает результат детектирования. Относительная величина амплитуды тока удвоенной частоты модуляции представляет собой коэффициент нелинейных искажений.

Полезный эффект детектирования пропорционален величине , поэтому детектирование АМ сигналов с малыми амплитудами называетсяквадратичным.

Рассмотрим процесс детектирования с идеальным диодом.

Зависимость тока через диод от напряжения на диоде выражается равенством

.

Пусть к идеальному диоду подведены два напряжения

При амплитуде входного напряжения, большей постоянного напряжения, запирающего диод, т.е. при , через диод проходит ток, имеющий вид последовательности косинусоидальных импульсов с углом отсечки.

.

Угол отсечки можно найти из соотношения , где— коэффициент детектирования.

Т.к. ; ;;.

Когда входной сигнал диодного детектора снимается с колебательного контура, детектор шунтирует этот контур.

Шунтирующее действие детектора характеризуется его входным сопротивлением. Под входным сопротивлением детектора понимается отношение амплитуды напряжения, приложенного к детектору, к амплитуде первой гармоники тока через детектор

; ;.

Схема с параллельным включением диода с точки зрения ее работы мало отличается от схемы с последовательным включением.

Различие заключается лишь в том, что в параллельной схеме выходное напряжение снимается не с конденсатора C, как это делается в последовательной схеме, а с резистора и диода. .

Детектор можно рассматривать как нелинейный четырехполюсник. Нелинейный четырехполюсник может быть описан семейством характеристик выпрямления .

Коэффициент передачи детектора по постоянному току равен отношению постоянного напряжения на выходе к амплитуде переменного напряжения на его входе.

Для уменьшения влияния нелинейности характеристики диода на детектор подают напряжение большой амплитуды и используют большие сопротивления нагрузки.

Возникающие нелинейные искажения можно уменьшить, применяя следующие схемы детекторов.

Ссылка на основную публикацию
Предоставленные учетные данные конфликтуют с существующими
SuperVorchun, Сделай на компе с принтером юзверя, который не может просматривать диски, но может юзать принтер На сетевых компах запусти...
Потерял пульт от люстры что делать
Подскажите, может кто знает, недавно купили квартиру, в зале натянут потолок, с одной стороны встроенные светильники и с другой, посередине...
Почему айфон постоянно вибрирует
При каждом оповещении или предупреждении, например, о входящем звонке, iPhone начинается вибрировать, чтобы сообщить вам о нём. Это очень удобно...
При загрузке необходимых файлов произошла ошибка bethesda
Возможно у некоторых появляется ошибка, показанная выше при запуске версии TLauncher >2.0. Она означает, что необходимые файлы для лаунчера не...
Adblock detector