Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 55

Что касается точности восстановления несущей частоты в радиоприемнике, то она должна быть меньше 10 Гц.

ЛЕКЦИЯ 20. Формирователи радиосигналов с частотной модуляцией

Методы получения ЧМ и ФМ колебаний, управители частоты: варикапы, реактивный транзистор. Схема частотного модулятора с варикапом. Порядок расчета частотного модулятора. Методы повышения широкополосности частотных модуляторов.

Существуют прямые и косвенные методы получения ЧМ и ФМ колебаний. При прямых методах модулирующее колебание непосредственно воздействует на необходимый для данной модуляции параметр ВЧ колебания:  частоту  и фазу  ВЧ колебанию.

В первом случае (рис.1 а) частотный модулятор представляет собой АГ, в контур которого включен реактивный элемент, управляемый модулирующим сигналом. Прямая фазовая модуляция обычно осуществляется в цепи ГВВ (рис.1 б), через которую проходит ВЧ колебание и сдвиг фазы выходного сигнала меняется под действием сигнала модуляции.

Косвенные методы предполагают получение нужного вида угловой модуляции и соответствующего преобразования сигнала. Так как частота и фаза гармонического колебания связаны: , то ЧМ колебание можно получить, осуществляя модуляции по фазе, но при этом необходимо устранить зависимость девиации частоты  от частоты модуляции , присущую ФМ. Это нетрудно выполнить, пропустив модулирующий сигнал через цепь с коэффициентом передачи, пропорциональным  (рис.2).

Девиация фазы на выходе такого устройства , а девиация частоты при этом будет зависеть только от амплитуды , что характерно для ЧМ. Аналогично ФМ колебание можно получить косвенным путем с помощью частотного модулятора и корректирующей цепи на его выходе с коэффициентом передачи, пропорциональным  (рис.3). В качестве корректирующих цепей можно использовать интегрирующую цепь RC-цепь или дифференцирующую цепь.

Девиация частоты на выходе такого устройства , а девиация фазы при этом  зависит только от амплитуды , что характерно для ФМ.

Существует много приборов и устройств, обладающих реактивной проводимостью, управляемой напряжением или током:

- ёмкость закрытого p-n перехода,

- управители на ферритах,

- реактивные лампы и транзисторы,

- варикоиды,

- ключевые диоды и т.д.

Выбор определенного вида управителей зависит от требований, предъявляемых к управляемому по частоте генератору:

- максимальной девиации частоты,

- уровню нелинейных искажений,

- допустимой ПАМ,

- стабильностью средней частоты и т.д.

В настоящее время в качестве УЧ широко применяются варикапы, п/п диоды, барьерная ёмкость закрытого p-n перехода которых зависит от приложенного к нему напряжения. Простота схемы, малые габаритные размеры, ничтожная мощность источника управляющего напряжения – основные достоинства этого УЧ.

Эквивалентная схема p-n перехода п/п диода (рис.4) состоит из параллельно соединенных  и диффузионной  емкостей, шунтируемых дифференциальным сопротивлением , и сопротивление потерь . В режиме открытого перехода ()  мало и сильно шунтирует емкость перехода, которая в основном определяется диффузионной ёмкостью , пропорциональна току . Это затрудняет использование варикапа для управления частотой при .

В режиме закрытого p-n перехода () обратный ток очень мал, сопротивление велико и почти не влияет на характеристики варикапа. Ёмкостью варикапа является барьерная ёмкость , зависящая от напряжения на переходе :

, где - модулирующее напряжение на переходе;  - произвольное напряжение начального смещения; ;  - емкость варикапа при ,  для плавного перехода,  для резкого,  для сверх резкого.

Основной недостаток управления на варикапе – большой уровень нелинейных искажений.

Управляемая реактивность может быть получена искусственным путем, например, если на вход безынерционного усилительного элемента VT подавать возбуждение со сдвигом фазы на  по отношению к внешнему входному напряжению, то ток , будет сдвинут относительно напряжения  и эквивалентное сопротивление оказывается реактивным, а его значение зависит от коэффициента усиления. Упрощенная схема реактивного транзистора имеет вид: