Модуляторы. Детекторы. Параметрические цепи (16-18 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 2

рост напряжения приводит к уменьшению тока;

рост тока приводит к уменьшению напряжения.

В этих случаях дифференциальное сопротивление имеет отри­цательный знак. К числу таких радиоэлементов относятся, напри­мер, туннельные диоды и динисторы при соответствующих на­пряжениях на электродах. Любой из этих радиоэлементов при под­ключении его к контуру вносит отрицательное сопротивление в этот контур, т.е. обеспечивает организацию внутренней ОС, ком­пенсирующей потери в контуре и позволяющей получить незату­хающий колебательный процесс.

ГЛАВА  16

МОДУЛЯТОРЫ

16.1. Модуляторы АМ-колебаний

При формировании АМ-колебаний изменяется амплитуда не­сущего колебания в соответствии с интенсивностью управляюще­го сигнала. К числу наиболее распространенных амплитудных мо­дуляторов относятся устройства, позволяющие получить следую­щие колебания:

без подавления спектральной составляющей несущего колебания;

с подавлением спектральной составляющей несущего колебания;

с амплитудной манипуляцией.

Существует множество схемных решений амплитудных моду­ляторов, в которых не подавляется спектральная составляющая несущего колебания.

На рис. 16.1 показана схема амплитудного модулятора и спектр АМ-колебания. На схеме резисторы R1 и R2 определяют напряже­ние между базой транзистора VTи отрицательным полюсом ис­точника напряжения питания U6= EnR2/(R1+ R2). Резистор R3 огра­ничивает ток эмиттера транзистора. Совокупность резисторов R1, R2 и R3 определяет положение исходной рабочей точки (Iк0, Uкэ0) транзистора VТ, задавая величину напряжения

Рис. 16.1. Схема амплитудного модулятора (а) и спектр АМ-колебания (б)

Uбэ0 между базой и эмиттером транзистора в исходном состоянии. Сигнал несущего колебания uвх(t) = Umncos(ω0t) через конденсатор С1 прикладыва­ется к базе транзистора VT, а управляющий сигнал uу(t) через трансформатор TVпоступает в цепь эмиттера этого транзистора. Оба этих сигнала способны управлять коллекторным током, из­меняя напряжение между базой и эмиттером транзистора. При одновременном их приложении транзистор будет управляться сиг­налом uбэ(t) = Uбэ0+ uу(t) + uвх(t). Ток коллектора связан нелиней­ной зависимостью с напряжением, приложенным между базой и эмиттером транзистора, поэтому одновременное управление тран­зистором сигналами uвх (t) и uy(t) приводит к тому, что ток кол­лектора содержит множество спектральных составляющих, кото­рые концентрируются в окрестности частот ω0, 2ω0, Зω0, ... .

                 Аппроксимируя проходную характеристику iк = f(uбэ) транзис­тора полиномом второй степени iк(t) = а0 +a1 uбэ(t) + a2 uбэ2(t) , получим iк (t) = a0+ a1 [Uсм + uy(t) + uвх(t)] + a2 [Uсм + uy(t) + uвх(t)]2.

                 Если управляющий сигнал uy(t) =Umycos(Ωt) и входное несу­щее колебание

 uвх(t) = Umн cos(ω0t) представляют собой тональ­ные сигналы, то для тока коллектора транзистора справедливо выражение

                Обратим внимание на три последних слагаемых, соответствую­щих спектральной составляющей несущего колебания iк10 = (a1Um + 2 Umу Umн )соs(ω0t) и двум спектральным составляющим iк11=(a2 Umу Umн /2)cos[(ω0-Ωt)] и ik12= (a2 Umу Umн /2)cos[(ω0+Ω)t] с ком­бинационными частотами ω 0-Ω и ω 0+ Ω. Эти три спектральные составляющие и представляют АМ-колебание.

Параллельный колебательный контур, включающий индуктив­ную катушку Lи конденсатор СЗ, настраивают на одну из крат­ных частот n ω 0, например, когда п = 1. За счет избирательности контура будут выделяться спектральные составляющие тока кол­лектора транзистора, сконцентрированные в окрестности часто­ты ω 0. Таким образом, при тональной модуляции будут выделяться спектральные составляющие тока с частотами ω 0, ω 0-Ω и ω 0+ Ω, которые и определят спектральные составляющие напряжений

Uk10= Im10R0,  Uk11= Im11R0 и Uk12=Im12R0, выделяемые колебатель­ным контуром, где R0 — сопротивление контура на резонансной частоте; Im10= a1 Umн + 2a2 Umн Umу, Im11 = Im12= a2 Umн Umy/2 ампли­туды тока спектральных составляющих.

                В случае, когда спектр управляющего сигнала ограничен мак­симальной частотой Ωmax, спектральные составляющие тока кол­лектора транзистора, выделенные контуром, будут представлять собой множество спектральных составляющих с комбинационными частотами ω 0-Ωj, ω 0+ Ωj, где j= 1, 2, ..., расположенных в окре­стности частот ω 0 0) и спектральной составляющей несущего колебания (см. рис. 16.1, б). Добротность колебательного контура в амплитудном модуляторе выбирают низкой. Это обеспечивает по­лучение требуемой избирательности контура, которая должна от­вечать условию

Δω= 2 Ωmax.

На рис. 16.2 представлены диаграммы кусочно-линейной ап­проксимации проходной характеристики транзистора, суммы сиг­налов, управляющих модулятором, коллекторного тока и выход­ного сигнала, поясняющие процесс формирования АМ-колебания в амплитудном модуляторе, показанном на рис. 16.1, а. Проходная характеристика транзистора аппроксимирована двумя прямыми ли­ниями (см. рис. 16.2, а). Напряжение Uбэ0 между базой и эмиттером транзистора в исходном состоянии выбирают таким, чтобы ток кол­лектора транзистора в исходной рабочей точке Iк0 был небольшой величины, что обеспечивает высокий КПД устройства.

Относительно исходной рабочей точки Uбэ0 (см. рис. 16.1, а) между базой и эмитгером транзистора прикладывается сумма сиг­налов uбэ(t) = uу(t) + uвх(t) (см. Рис.16.2, б). Амплитуды несущего колебания uвх(t) за каждый период его изменения повторяют из­менения управляющего сигнала uy(t). Отрицательные полуволны суммарного входного сигнала uбэ (t)= uу(t) + uвх (t) запирают транзистор, а положительные полуволны открывают его, обеспе­чивая формирование импульсов тока iк коллектора транзистора (см. рис. 16.2, в). Амплитуды импульсов тока iк коллектора транзи­стора повторяют изменение управляющего сигнала. Импульсы тока изменяются с частотой несущего колебания, которая близка к резонансной частоте контура. Это вызывает колебательный про­цесс в контуре и соответственно формирование АМ-колебания. Напряжение uAM(t) на выходе амплитудного модулятора показа­но на рис. 16.2, г.