Н.М.Изюмов, Д.П.Линде
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"
М.,Л.; "ЭНЕРГИЯ", 1965г.

ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

11-2. 

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Предположим, что нужно передать простой звуковой сигнал одного тона (частоты) и постоянной амплитуды. Для этого прежде всего необходимо превратить акустические (звуковые) колебания в электрические. Задача эта обычно решается с помощью микрофона. Полученное от микрофона переменное напряжение непосредственно или после усиления подают на модулятор. Это напряжение (рис. 11-2, а) подчиняется закону:

(11-1)

где - частота звукового сигнала.

Рис. 11-2. Амплитудно-модулированные колебания.
а - модулирующее напряжение;
б - модулированные колебания при m < 1;
в - модулированные колебания при m = 1.

При амплитудной модуляции амплитуда высокочастотных колебаний должна изменяться в соответствии с этим законом (рис. 11-2, б), т.е. убывать при отрицательном полупериоде напряжения сигнала и возрастать при положительном:

(11-2)

где:

U - мгновенное значение амплитуды высокочастотных колебаний;
U0 - амплитуда высокочастотных колебаний при отсутствии модуляции, т.е. когда звуковой сигнал, воздействующий на микрофон, не поступает;
- максимальное отклонение амплитуды колебаний от значения U0 при воздействии звукового сигнала на микрофон.

Это выражение часто записывают в виде

(11-3)

Относительную величину максимального изменения амплитуды высокочастотных колебаний называют коэффициентом (глубиной) модуляции:

(11-4)

Его обычно выражают в процентах

 

Амплитуда колебаний U имеет максимальное значение при :

(11-5)

и минимальное значение при :

(11-6)

Из суммы равенств (11-5) и (11-6) получаем:

(11-7)

а из разности

(11-8)

Из равенств (11-8) и (11-7) следует, что

(11-9)

Очевидно, что наибольший коэффициент модуляции будет в том случае, когда амплитуда колебаний изменяется от Uмин=0 до Uмакс=2·U0. При этом, как следует из выражения (11-9), m=1 (или m=100%). График колебаний для этого случая изображен на рис. 11-2, в.

Уравнение высокочастотных колебаний, модулированных по амплитуде, можно записать в виде

(11-10)

где - частота высокочастотных колебаний.

Раскрыв скобки, получим:

(11-11)

Так как

 

то уравнение амплитудно-модулированных колебаний может быть представлено в виде

(11-12)

Следовательно, амплитудно-модулированные колебания представляют собой результат сложения трех высокочастотных колебаний. Наибольшей амплитудой обладают колебания с частотой , которую принято называть несущей частотой. Две другие составляющие имеют одинаковые амплитуды, не превышающие половины амплитуды колебаний несущей частоты, и частоты, лежащие ниже и выше несущей частоты и отличающиеся от нее на величину, равную частоте модулирующего сигнала. Эти частоты принято называть соответственно нижней и верхней боковыми частотами.

То что амплитудно-модулированные колебания состоят из трех высокочастотных колебаний, обладающих постоянными амплитудами, можно также показать графически. Колебания боковых частот создают биения с разностной частотой 2. Их суммарное колебание складывается с колебанием несущей частоты, имеющим постоянную амплитуду. При нарастании и спадании амплитуды колебаний биений они сначала увеличивают амплитуду общего суммарного колебания, а при изменении фазы на 180° (это происходит после перехода амплитуды колебаний биений через нуль) уменьшают амплитуду общего колебания (рис.11-3,а).

Рис. 11-3. Составляющие амплитудно-модулированных колебаний и их векторное изображение.

Этот процесс можно изобразить также в векторной форме (рис. 11-3, б). Если вектор колебания несущей частоты в некоторый момент времени занимает вертикальное положение, то согласно выражению (11-12), которое можно переписать в виде

(11-13)

вектор колебания нижней боковой частоты изобразится горизонтальным вектором, направленным вправо, а вектор колебания верхней боковой частоты - таким же вектором, направленным влево.

Поскольку вектор колебания верхней боковой частоты вращается против часовой стрелки с частотой + , а вектор колебания несущей частоты совершает такое же движение с частотой , то вектор колебания верхней боковой частоты будет вращаться относительно него против часовой стрелки с угловой скоростью +. Вектор же колебания нижней боковой частоты по той же причине будет вращаться относительно вектора колебания несущей частоты с постоянной угловой скоростью , т.е. по часовой стрелке. Нетрудно проследить по диаграммам на рис.11-3,б, что вектор, равный сумме векторов колебаний боковых частот, в любой момент времени направлен вдоль вектора колебания несущей частоты, то уменьшая, то увеличивая его длину.

Для хорошего воспроизведения человеческой речи необходимо передавать полосу частот от 100 до 3500 Гц, а для хорошего воспроиз-ведения музыки от 50 до 10000 Гц. Поэтому при передаче модулированных колебаний происходит излучение колебаний целого спектра высоких частот, границы которого определяются максимальной верхней и минимальной нижней боковыми частотами f0+Fмакс и f0—Fмакс (рис. 11-4). Следовательно, при амплитудной модуляции передатчик занимает полосу частот, ширина которой равна двум максимальным частотам модуляции 2Fмакс.

Когда говорят, что радиостанция работает на частоте f, то имеют в виду ее несущую частоту f0. Две радиостанции не могут работать без взаимных помех, если их несущие частоты различаются меньше чем на сумму максимальных частот модуляции. Поэтому, например, несущие частоты радиовещательных станций некоторых диапазонов различаются не менее чем на 9 кГц.

Рис. 11-4. Спектр амплитудно-модулированных колебаний.

Для неискаженной передачи и воспроизведения необходимо, чтобы передатчик и приемник обладали достаточно широкой полосой пропускания, т.е. чтобы колебания боковых частот существенно не ослаблялись по сравнению с колебаниями несущей частоты. При этом очень важно, чтобы контуры были возможно точнее настроены на несущую частоту. В случае их неточной настройки колебания одной из боковых частот окажутся ослабленными больше, чем колебания другой боковой частоты, и сигнал будет сильно искажен. Такие искажения, например, имеют место при плохой настройке приемника.

Дальность передачи при амплитудной модуляции определяется интенсивностью колебаний боковых частот, амплитуда которых всегда меньше амплитуды колебаний несущей частоты. Из выражения (11-12) видно, что амплитуда колебаний боковых частот пропорциональна коэффициенту модуляции и, следовательно, дальность передачи будет тем больше, чем больше глубина модуляции передатчика.

Амплитудно-модулированные колебания можно получить при одновременном воздействии высокочастотных и низкочастотных колебаний на вход резонансного лампового усилителя (рис.11-5), если рабочая точка лампы выбрана на криволинейном участке ее анодно-сеточной характеристики. В этой схеме, называемой схемой сеточной модуляции, напряжения высокой и низкой частот подаются в цепь сетки лампы со вторичных обмоток трансформаторов, к первичным обмоткам которых подводятся соответственно колебания от генератора незатухающих колебаний высокой частоты и от усилителя низкой частоты. Кроме того, в цепь сетки включен источник постоянного напряжения смещения Ec.

Рис. 11-5. Схема генератора с сеточной модуляцией смещением.

Поскольку для токов высокой частоты вторичная обмотка трансформатора низкой частоты, имеющего стальной сердечник, обладает очень большим сопротивлением, ее блокируют конденсатором Cб. Емкость этого конденсатора должна быть такой, чтобы он представлял малое сопротивление для токов высокой и большое для токов низкой частоты. Так как эти частоты различаются в тысячи раз, то это обычно удается выполнить. Чтобы токи высокой и низкой частоты не проходили через источник напряжения смещения и не создавали на нем падения напряжения, его также блокируют фильтрующим конденсатором Cф большой емкости.

Изобразим графики процессов, протекающих в схеме, для чего под статическими характеристиками лампы проведем ось времени и построим зависимость суммарного напряжения, действующего в цепи сетки, от времени: . Pacсмотрим сначала случай, когда используется только линейный участок статической характеристики лампы. Как нетрудно видеть из графиков (рис. 11-6, а), в этом случае анодный ток представляет собой простую сумму постоянного тока Ia0, тока звуковой частоты с амплитудой и тока высокой частоты с постоянной амплитудой , который, проходя через резонансный контур, включенный в анодную цепь лампы (см. рис. 11-5), создает на нем падение напряжения с неизменной амплитудой. При этом никакой модуляции не происходит.

Рис. 11-6. Выбор режима работы лампы при сеточной модуляции смещением.
а - при работе на линейном участке модуляции не происходит;
б - модуляция осуществляется при работе на нелинейном участке.

Если используется нелинейный участок статической характеристики (рис. 11-6, б), то анодный ток представляет собой периодическую последовательность высокочастотных импульсов, огибающая амплитуда которых изменяется в соответствии с передаваемым сигналом низкой частоты. Очевидно, что чем больше импульсы тока, тем больше амплитуда колебаний, возбуждаемых ими в контуре.Поэтому в контуре создаются высокочастотные колебания, амплитуда которых изменяется в соответствии с передаваемым сигналом, т.е. колебания, модулированные по амплитуде. Это можно объяснить также следующим образом. При изменении амплитуды импульсов пропорционально ей изменяются амплитуды всех гармоник и, следовательно, напряжение на контуре, настроенном на ту или иную гармонику.

Амплитудная модуляция может осуществляться путем изменения любого из питающих напряжений резонансного усилителя, если только при этом используется нелинейный участок характеристики лампы. В схеме анодной модуляции (рис. 11-7, а) изменяется анодное напряжение за счет напряжения, снимаемого со вторичной обмотки модуляционного трансформатора, включенной последовательно с источником постоянного анодного напряжения Ea (питание анодной цепи лампы осуществляется по параллельной схеме). Изменение амплитуды импульсов анодного тока, а следовательно, и их гармоник происходит при изменении анодного напряжения по двум причинам: 1) уменьшение анодного напряжения вызывает перераспределение тока в лампе, в которой при положительных сеточных напряжениях за счет роста сеточого тока уменьшается анодный ток; 2) рост сеточного тока в свою очередь приводит к увеличению напряжения смещения, создаваемого цепью автоматического смещения, в результате чего уменьшается максимальное напряжение на сетке (рис.11-7,б).

Рис. 11-7. Анодная модуляция. а - схема; б - токи и напряжения при модуляции.

Эффективное управление величиной анодного тока анодным напряжением достигается не во всех режимах работы лампы. Для получения описанного эффекта необходимо, чтобы на рабочих участках характеристик лампы анодный и сеточный токи сильно зависели от анодного напряжения.

Схема анодной модуляции позволяет получить более глубокую неискаженную модуляцию и более высокий к.п.д., чем схема сеточной модуляции, но она требует во много раз большей мощности модулирующих низкочастотных колебаний. Поэтому на практике можно встретить как ту, так и другую схему модуляции. При использовании тетрода обычно применяется комбинированная схема анодно-экранной модуляции, в которой одновременно и синфазно изменяются анодное напряжение и напряжение экранирующей сетки. При этом уменьшение анодного напряжения сопровождается пропорциональным уменьшением напряжения экранирующей сетки и поэтому динатронный эффект не возникает. В схемах с пентодами широко применяется модуляция изменением напряжения защитной сетки.

В этой главе:
11-1. ПОНЯТИЕ О ПРЕОБРАЗОВАНИИ КОЛЕБАНИЙ
11-2. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
11-3. ЧАСТОТНАЯ И ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ
11-4. ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
11-5. ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
11-6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
11-7. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ
СОЛНЕЧНАЯ ЗАРЯДКА со встроенным аккумулятором!

Вы только на емкость встроенного аккумулятора взгляните - более чем 7 А·ч...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru