Преобразование частоты применяется в радиовещательных и телевизионных приемниках. В приемнике имеется высококачественный активный полосовой фильтр с почти прямоугольной частотной характеристикой и полосой пропускания wП ±Wи большим коэффициентом усиления (усилитель промежуточной частоты). Промежуточная частота постоянна. Настройка на сигнал нужной передающей станции осуществляется установкой частоты wГ и резонансной частоты входного фильтра невысокой добротности, что делается одной ручкой управления. Гетеродинный метод широко применяется также в измерительной технике.
Синхронное детектирование. Если частота гетеродина равна частоте генератора несущей, подвергнутой балансной модуляции (рис. 5.3, а, г, д), а в качестве коллекторной нагрузки транзистора VT2 (рис. 5.2, а) взять Z3 (рис. 5.2, г) то выражение (5.11) имеет вид
. (5.12)
В измерительной технике в качестве управляющего крутизной S используют непосредственно напряжение генератора несущей, тогда j = 0, и выходное напряжение
. (5.13)
Графики, иллюстрирующие работу синхронного детектора приведены на рис. 5.5.
Зависимость выходного напряжения синхронного детектора от разности фаз j между напряжениями БМ-сигнала и опорного uy (5.12) дает возможность использовать его также в качестве фазового детектора.
На точность детектирования влияет нестабильность амплитуды S (5.13), зависящей от амплитуды опорного напряжения. При синусоидальном опорном напряжении не всегда просто обеспечить необходимую стабильность его амплитуды. Поэтому в качестве опорного сигнала часто используют меандр, амплитуду которого стабилизировать гораздо легче. Однако в этом случае появляется возможность детектирования нечетных гармоник несущей БМ-сигнала. Этот недостаток легко устраняется включением на вход синхронного детектора полосового фильтра, настроенного на основную гармонику несущей и имеющего полосу пропускания, согласованную со спектром модулирующего сигнала.
Из зависимости выходного сигнала от j (5.12) вытекает еще одно важное свойство синхронного детектора – способность детектировать слабые сигналы при высоком уровне шумов. Действительно, для информационного сигнала всегда обеспечивают j = 0. Фаза помех относительно опорного сигнала - случайная величина и условие j = 0 не выполняется, вследствие чего синхронный детектор улучшает отношение сигнал/шум.
5.3. Модуляция
Модуляцией называется изменение во времени по заданному закону каких-либо параметров, характеризующих периодические колебания несущей частоты, причем за период колебания это изменение мало. Например, изменяемыми параметрами могут быть амплитуда, частота или фаза синусоидальных колебаний. Соответствующие им виды модуляции называют амплитудной, частотной или фазовой. В случае оптического излучения могут быть промодулированы интенсивность, частота, фаза или поляризация световых колебаний.
Модуляция осуществляет перенос спектра видеосигнала в область радио- или оптических частот, благодаря чему он может быть передан на расстояние посредством излучения.
В электронных измерительных системах информационные сигналы нередко изменяются очень медленно, а несущая частота может быть достаточно низкой (десятки герц). При этом радиосигналы передаются по проводам, цель же модуляции – перенос спектра информационного сигнала из области инфранизких частот, где очень трудно защищаться от шумов, в низкочастотную область, где с помощью узкополосной фильтрации сравнительно легко вести борьбу с шумами. Кроме того, по одной проводной паре можно одновременно передавать несколько информационных сигналов на различных несущих частотах.
Модулирующий сигнал должен мало изменяться за период модулируемых колебаний, иначе его нельзя будет впоследствии восстановить без значительных искажений.
При амплитудной модуляции (АМ) высокочастотного
сигнала 
низкочастотным сигналом 
(рис. 5.3, б)
модулированное колебание согласно (5.9) имеет вид (рис. 5.3, в)
. (5.14)
Коэффициент m характеризует степень изменения амплитуды высокочастотного (модулированного) колебания и называется глубиной модуляции. Максимальное и минимальное значения амплитуды модулированного колебания равны соответственно
(5.15)
откуда получается формула для вычисления m:
. (5.16)
Спектральный состав АМ-сигнала рассмотрен в разд. 5.2. Так как АМ-сигнал имеет полосу частот w±WВ (WВ – верхняя граничная частота спектра модулирующего сигнала), то радиостанции, работающие по принципу амплитудной модуляции несущей, занимают в эфире полосу В = 2WВ. Поэтому соседние по частоте радиостанции во избежание взаимных помех должны иметь несущие частоты, различающиеся не менее чем на сумму их боковых.
При частотной модуляции (ЧМ) косинусоидальным сигналом несущая частота w0 изменяется по закону
, (5.17)
где D w - девиация частоты. Полоса частот, занимаемая таким колебанием зависит от индекса частотной модуляции
. (5.18)
Если b<< 1, то спектр частотно-модулированного сигнала такой же, как и в случае амплитудной модуляции. При больших индексах модуляции (b> 3) спектр существенно расширяется. С приемлемой для практических целей точностью считают, что полоса, занимаемая частотно-модулированным сигналом, равна
. (5.19)
При фазовой модуляции (ФМ) гармоническим сигналом результирующее колебание имеет вид
. (5.20)
Форма и спектр колебания совпадают с формой и спектром колебаний при частотной модуляции. Однако при негармоническом модулирующем сигнале их различия существенны.
В современных информационно-измерительных системах применяются и другие виды модуляции. Например, амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) – модуляция импульсов по амплитуде; широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – модуляция импульсов по длительности; частотно-импульсная модуляция (ЧИМ) – модуляция импульсов по частоте; кодово-импульсная модуляция (КИМ) – преобразует выборки напряжения в кодированное сообщение. Однако все перечисленные виды модуляции по существу являются разновидностями амплитудной либо частотной.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.