Амплитудная модуляция. Модуляторы АМ колебаний, страница 2

5. Анодная модуляция. Осуществляется за счет изменения напряжения питания анода Е_а.

6. Комбинированные виды модуляции.

Для транзисторной элементной базы используют следующие виды АМ:

1. Базовая смещением.

2. Базовая возбуждением (УМК).

3. Коллекторная.

4. Комбинированная (коллекторная и базовая возбуждением).

5. Автоколлекторная.

Наиболее широкое применение нашли модуляция смещением и комбинированная. В модуляторе смещением на входе генератора с независимым возбуждением (ГНВ) смещение образуется суммой постоянного напряжения смещения и трансформируемого во входную цепь напряжения модулирующего сигнала

.

Схема модулятора смещением показана на рис. 13.8. Работу каскада удобно анализировать с помощью СМХ, показанной на рис. 13.9.

Рис. 13.8.                                                Рис. 13.9.

Так как I_k1 и I_k0 пропорциональны коэффициентам разложения, то и СМХ принципиально нелинейны. Токи меняются в зависимости от E_c только в недонапряженном режиме (НР). Получить 100% неискаженную модуляцию смещением не удастся.

Для полного использования АЭ по мощности рекомендуется максимальный режим работы модулятора выбирать так, чтобы у ГНВ был  критический режим работы, а рабочую точку для режима молчания выбирать посреди линейного участка СМХ. При этом кривые коэффициентов использования коллекторного напряжения и КПД будут повторять СМХ, как показано на рис. 13.10, а мощностные характеристики, рис. 13.11, будут иметь вид:

;  ;  ,

Рис. 13.10.                                                                    Рис. 13.11.

Малые нелинейные искажения достигаются только при m = 0,6..0,7  и при углах отсечки коллекторного тока в максимальном режиме от θ_max=90⁰ до θ_max=120⁰.

При модуляции смещением средний КПД меньше 0,5 так как  , поэтому модуляторы смещением применяются в основном на уровнях малых мощностей. Например, в телевидении, где необходим широкополосный модулятор, который легче реализовать при низких мощностях.

Для работы с минимальными искажениями номинальная мощность ГНВ должна быть не меньше мощности P_1max в максимальном режиме

.

Основное достоинство модуляции смещением – малая мощность P_Ω, потребляемая от модулятора.

Коллекторная модуляция. Модулирующее напряжение U_ΩcosΩt включают последовательно с напряжением питания E_k0 определяющим режим молчания E_{п мол} = E_к0.

E_п(Ωt) = E_{п мол}+ U_ΩcosΩt = E_{п мол}(1+mcosΩt), где m=U_Ω/ E_{п мол}.

Для лучшего использования АЭ рекомендуется максимальный режим совмещать с критическим, а режим молчания с серединой СМХ  I_k1(E_k). При m=1   E_{п max}= E_{п кр}, E_{п мол}=0,5E_{п max}, угол отсечки из обычных соображений выбирается 70… 90º. При этом η ≈ 0,7 и при модуляции не меняется, что является преимуществом по сравнению с модуляцией смещением.

Мощность потребляемая от модулятора

 ;

Т.е. мощность модулятора того же порядка, что и источника постоянного напряжения, а значит требуется мощный модулятор и это главный недостаток коллекторной (анодной) модуляции.

Рис. 13.12.    

СМХ имеют зависимость I_k и I_k0 от Е_п только в перенапряженном режиме, т.е. и модулятор должен работать в перенапряженном режиме.

Рис.13.13.   

Рис.13.14. 

Мощности:

Максимальный режим имеет максимальную мощность рассеяния, но он кратковременный – поэтому активный элемент выбирают из условия  Р_{рас мод}<Р_{к доп} и из условия  Е_{п max}<Е_{кэ доп}.

Комбинированная модуляция. Недостаток коллекторной модуляции в том, что АЭ работает в ПНР, где мал коэффициент усиления по мощности и входная проводимость зависит от модулирующего сигнала, что вызывает паразитную амплитудную и фазовую модуляцию (ПОК), а значит и сигнала на выходе ПРД.

Рис. 13.15.      

Чтобы это устранить уменьшают связь между каскадами, но в результате снижается коэффициент передачи. Лучшие соотношения получаются, если синфазно осуществить коллекторную модуляцию одновременно в двух или трех каскадах. При этом в самом маломощном каскаде осуществляют обычную коллекторную модуляцию, а остальные каскады работают в режиме усиления модулированных колебаний с одновременной коллекторной модуляцией.

Рис. 13.16.  

Рис. 13.17.  

Главная особенность в том, что при одновременном увеличении U_вх и E_п можно в каждой точке СМХ поддерживать критический режим, что обеспечит оптимум коэффициента усиления по мощности и электронного КПД (≈85%). Второе достоинство – меньшая мощность модулятора, чем при работе на один каскад, т.к. для первого каскада требуется малая мощность. Третье достоинство – большая линейность модуляционных характеристик.

Рис. 13.18   

На рис. 13.19 показаны сравнительные характеристики различных видов амплитудной модуляции.

Усиление модулированных колебаний называют также модуляцией возбуждением. Отметим, что при усилении модулированных колебаний постоянная составляющая I_{вх0 мод} меняется в зависимости от коэффициента модуляции входного сигнала m_вх, поэтому необходимо применять фиксированное смещение от источника с малым внутренним сопротивлением.

Вариантов построения усилителей несколько. Например, в режиме А работы ГНВ на вход подается колебание вида    . При этом ГНВ должен работать в недонапряженном режиме, иначе неизбежны искажения. Аналогично модуляции смещением максимальным выбирают критический режим, а смещение для режима молчания – на середине СМХ  I_k1(U_вх).

Недостатки усиления в режиме А это низкая эффективность и из-за этого данный вариант усиления АМ колебаний используется исключительно редко.

Наиболее удачен для усиления АМ сигналов режим работы ГНВ с углом отсечки в 90⁰. В этом случае искажения сигнала минимальны,  m_kвых=m_вх и η_мол≈ 0,35; ξ_max≈0,45.

Рис. 13.19.