Исследование амплитудной модуляции в транзисторных генераторах (Лабораторная работа № 2)

Лабораторная работа № 2

Исследование амплитудной модуляции в транзисторных генераторах

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципов и особенностей осуществления амплитудной модуляции (AM). Ознакомление с физическими процессами, происходящими в генераторе с внешним возбуждением (ГВВ) при AM. Экспериментальный и расчетный анализ основных характеристик базовой и коллекторной модуляции.

2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ  

Амплитудной модуляцией (AM) называется процесс изменения амплитуды колебаний радиочастоты в соответствии с изменением амплитуды колебаний низкой частоты передаваемого сигнала.

Основными областями применения АМ являются: звуковое вещание на длинных, средних и коротких волнах, телевизионное вещание в метровом и дециметровом диапазоне для передачи изображения, радиосвязь в диапазоне 100... 150 МГц (ближняя связь в авиации).

Передаваемое сообщение является в большинстве случаев сложным колебанием и характеризуется шириной занимаемой полосы частот и амплитудой (интенсивностью) . Весь спектр звуковых частот занимает полосу от 20 Гц до 20 кГц. Основная же энергия человеческого голоса сосредоточена в полосе 200…600Гц, а максимум чувствительности уха приходится на частоту 1000 Гц. Исходя из этого, для обеспечения разборчивого восприятия речи при радиотелефонной связи достаточно пропустить через передатчик, полосу модулирующих частот от 300 до 3400 Гц с допустимой неравномерностью ее  дБ. Для обеспечения эстетического восприятия в радиовещании в соответствии с ГОСТ требуется более широкая полоса частот: для высшего класса – 30... 15000 Гц, для первого – 50... 10000 Гц, для второго – 150...4500 Гц при допустимой неравномерности ее  дБ.

В дальнейшем предположим, что модулирующий сигнал является гармоническим колебанием с частотой Ω и амплитудой .

                                                     (1)

При модуляции высокочастотного гармонического колебания вида  амплитуда его также будет изменяться в такт с модулирующим сигналом по косинусоидальному закону (рис.1):

Рисунок 1

                                           (2)

где     – амплитуда тока несущего ВЧ колебания при отсутствии модуляции

(телефонный режим);

 – величина приращения амплитуды тока несущего колебания.

Отношение приращения амплитуды несущего ВЧ колебания к его значению до модуляции  называется коэффициентом глубины модуляции. Значение m зависит от амплитуды модулирующего колебания. При линейной модуляции коэффициент m пропорционален амплитуде :

, где     а – коэффициент пропорциональности.

При m=0 модуляции нет, при m=1 (стопроцентная модуляция) амплитуда ВЧ колебаний увеличивается в 2 раза. При дальнейшем увеличении m появляется перемодуляция, форма огибающей искажается, возникают нелинейные искажения передаваемого сигнала. Следовательно, коэффициент m не должен превышать единицы.

В соответствии с выражением (2) модулированный сигнал можно записать в виде

                       (3)

Рисунок 2

Рисунок 3

На рис.2 показан амплитудный спектр AM колебания, на рис.З – векторная диаграмма. AM колебание состоит из трех составляющих: несущей с частотой ω и двух боковых с частотами ω+Ω и ω-Ω и равными амплитудами . Максимальное и минимальное значения амплитуды тока соответственно равны

                                     (4)

Полосу частот, занимаемую спектром AM колебания, можно определить как

                                                            (5)

При модуляции сложным сигналом с полосой частот от  до  спектр AM сигнала содержит несущую с частотой ω и две боковые полосы шириной симметричные относительно ω. Общая полоса занимаемых частот при этом равна

                                                         (6)

При AM различают следующие режимы модулируемого каскада:

– режим несущей частоты или телефонный режим;

– максимальный режим или режим максимальной мощности при наибольшем значении тока и максимальном m;

– минимальный режим или режим минимальной мощности при наименьшем токе;

– режим средней мощности за период модулирующего НЧ колебания.

В отсутствие модулирующего напряжения несущее колебание создает на сопротивлении нагрузки  мощность:

                                                     (7)

При симметричной неискаженной модуляции синусоидальным напряжением в максимальном и минимальном режимах мощность в нагрузке равна соответственно

                          (8)

                          (9)

Из этих выражений видно, что при стопроцентной модуляции (m=1) мощность в максимальном режиме в 4 раза больше, чем в режиме несущей частоты. В минимальном режиме в этом случае .

Средняя мощность, выделяемая в нагрузке за период модулирующего сигнала, определяется как

                    (10)

где   – мощность одной боковой частоты модулированного колебания.