Модуляторы. Детекторы. Параметрические цепи (16-18 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 3

Рис. 16.2. Кусочно-линейная аппроксимация проходной характеристики транзистора (а), сумма сигналов, управляющих модулятором (6), кол­лекторный ток (в)

и выходной сигнал (г)

               Спектр АМ-колебания (см. рис. 16.1, б) на выходе амплитуд­ного модулятора (см. рис. 16.1, а) состоит как из спектральных составляющих комбинационных частот управляющего сигнала и несущего колебания, так и из спектральной составляющей несу­щего колебания. Такой состав АМ-колебания упрощает процесс его детектирования в приемнике с целью выделения передавае­мого сообщения. Однако доля мощности несущего колебания в АМ-сигнале доходит до 60 % при том, что несущее колебание ин­формации не содержит. На долю спектральных составляющих комбинационных частот, несущих информацию, приходится порядка 40 % мощности АМ-колебания. Таким образом, значительная доля мощности в амплитудном модуляторе без подавления несущего колебания не используется для передачи информации.

Отмеченный недостаток устраняется в балансных модуляторах. На рис. 16.3 показаны схема балансного модулятора и спектр АМ-колебания с подавленной несущей. В схеме балансного модулято­ра на рис. 16.3, а сигнал несущего колебания u_вх(t) поступает на первичную обмотку трансформатора TV2, а управляющий сигнал u_у(t) — на первичную обмотку трансформатора TV1. Сигналы на первом и втором выводах вторичной обмотки трансформатора TV2 будут находиться в противофазе, т.е. сдвинутыми по фазе на 180°. При подобном распределении сигналов управляющий сигнал u_y(t) и сигнал несущего колебания u_вх(t) будут перемножаться при при­ложении их к диодам VD1 и VD2, имеющим нелинейные вольт-амперные характеристики. Два сдвинутых по фазе на 180° сигнала несущего колебания суммируются в кольце, образованном вто­ричными обмотками трансформаторов ТV1, TV2 и первичной обмоткой трансформатора ТV3, что обеспечивает получение нуле­вого значения суммарного сигнала несущего колебания в первич­ной обмотке трансформатора ТV3. Это приводит к тому, что во вторичной обмотке трансформатора ТV3 будет выделяться АМ-колебание, имеющее только спектральные составляющие комбинаци­онных частот (ω ₀-Ω_j) и (ω ₀ + Ω_j). Они располагаются в окрестности частоты несущего колебания ω ₀ (-ω ₀) и характеризуют спектраль­ный состав управляющего сигнала. При этом спектральная состав­ляющая несущего колебания будет отсутствовать (см. рис. 16.3, б), из-за чего мощность АМ-колебания существенно снижается.

Ширина спектров АМ-колебаний с подавленной несущей, как и без подавления несущей, равна удвоенной максимальной час­тоте спектра модулирующего сигнала 2Ω_max. Это определяет число каналов связи N, которые можно выделить в определенном диа-

Рис.  16.3. Схема балансного модулятора (а) и спектр АМ-колебания с

подавленной несущей (б)

пазоне частот f₂ -f₁=Δf, где f₁ и  f₂   -нижняя и верхняя частоты заданного диапазона частот,

                                                                                                      (16.1)

Недостатками рассмотренного балансного модулятора являют­ся использование дорогостоящих трансформаторов и искажения, которые могут возникать в них из-за потерь энергии, вызванных наличием паразитных емкостей и нелинейными процессами, про­исходящими в трансформаторах при использовании, например, сердечников из ферромагнитных материалов.

Эти недостатки устраняются в балансных модуляторах, постро­енных на аналоговых перемножителях (рис. 16.4). Такие перемножи­тели выпускаются промышленностью в виде интегральных микро­схем.

Работает модулятор на аналоговых перемножителях следующим образом. На устройства суммирования (1) и вычитания (2) одно­временно подают управляющий сигнал u_y(t) = U_mycos(Ωt)и несу­щее колебание u_вх(t)= U_mнcos(ω ₀t). На выходах этих устройств фор­мируются суммарный

u_у(t) + u_вх (t) = U_mycos(Ωt) + U_mнcos(ω ₀t)

 и разностный

u_у(t) - u_вх (t) = U_mycos(Ωt) - U_mнcos(ω ₀t)

сигналы, которые поступают на перемножители. На оба входа первого перемножителя (3) подается сумма, а на оба входа вто­рого перемножителя (4) — разность сигналов. Это позволяет сфор­мировать на выходах перемножителей сигналы:

Рис. 16.4. Схема балансного модулятора на аналоговых перемножителях

              При подаче этих сигналов на вычитающее устройство (5) по­является разностный сигнал, соответствующий произведению уп­равляющего сигнала и несущего колебания

Если составляющие этого сигнала разделить на 4, то его спект­ральный состав будет полностью соответствовать спектральному составу выходного сигнала балансного модулятора (см. рис. 16.3, а).

В модуляторе на аналоговых перемножителях АМ-колебание получено более простым способом и менее подвержено искаже­ниям. Однако при таком способе формирования АМ-колебаний максимальные частоты несущих колебаний сильно зависят от бы­стродействия (граничной частоты) аналоговых перемножителей. На рис. 16.5 показан спектр АМ-колебаний. На оси частот спектр АМ-колебания располагается слева и справа от спектральной со­ставляющей несущего колебания в области положительной ω ₀ и отрицательной - ω ₀ частот. Комплексный спектр может быть опи­сан следующим выражением:

          ],                      (16.2)

где S_н(j ω), S[j(ω- ω_o)] и S[j(ω+ ω_o)]  спектральные плотности несущего колебания и управляющих сигналов в окрестности, со­ответственно, отрицательной (-ω ₀) и положительной

ω ₀ частот.

Отметим, что спектральные плотности управляющего сигнала располагаются слева и справа относительно частоты несущего колебания.

Таким образом, спектр АМ-колебания разбивается на нижнюю и верхнюю боковые полосы. Нижняя боковая полоса спектра лежит в диапазоне частот от - ω ₀ до ω ₀, а верхняя от -∞ до - ω ₀ и от ω ₀ до ∞. В соответствии с этим, используя полосовой фильтр, настроенный на диапазон частот, в котором расположены нижняя или верхняя боковые полосы спектральных составляющих АМ-колебания, можно получить АМ-колебание с одной боковой полосой.