книги / Радиопередающие устройства

ков в этом случае составляет 10 кГц (рис. 5.3,6). Ширина спектра модулирующего сигнала определяется соответствующими стандар­ тами на каналы связи, вещания, передатчики и приемники.

При амплитудной модуляции амплитуда тока в нагрузке не­ прерывно изменяется от / мнн до / маКс. Следовательно, и режим мо­ дулируемого генератора также изменяется. В процессе амплитуд­ ной модуляции различают следующие режимы работы модулируе­ мого каскада:

режим несущей частоты или режим молчания, когда генератор радиочастоты включен, а микрофон не включен и модуляция от­ сутствует;

максимальный режим или режим максимальной колебатель­ ной мощности при наибольшем значении тока и максимальном коэффициенте модуляции;

минимальный режим или режим минимальной мощности при наименьшем токе;

режим средней мощности за период одного периода модули­ рующего низкочастотного сигнала.

Для упрощения предположим, что модуляция симметричная, линейная, неискаженная осуществляется синусоидальным напря­ жением. Модулированный по амплитуде ток проходит через ак­ тивное сопротивление нагрузки RHили антенны Ra.

В отсутствие модулирующего напряжения, т. е. в режиме мол­ чания, несущее колебание создает на сопротивлении нагрузки мощность Р^н = 0,5/2н/?н.

В процессе модуляции изменяется амплитуда тока, а следова­ тельно, и мощность на нагрузке:

в минимальном режиме

дуляции мощность в максимальном режиме в 4 раза больше, чем

Отсюда видно, средняя мощность больше мощности несущих колебаний в (1 + 0 ,5 т 2) раз и при 100%-ной модуляции в полтора раза больше ее: Р~ср= 1,5Р~Н.

Рассматривая график спектрального состава модулированных колебаний, видим, что вся полезная информация о передаваемом сигнале содержится в боковых составляющих. А из полученных выше выражений следует, что при т = 1 мощность двух боковых частот в 2 раза меньше мощности несущей и в 8 раз меньше пи­ ковой максимальной мощности. Практически коэффициент моду­ ляции т ж 0,3. При этом амплитуды тока боковых составляющих будут меньше и составят 0,3 /н/2, т. е. уменьшатся в 1/0,3 ^3,3 раза, а мощности боковых частот уменьшатся в 3,32= 10 раз. По­ этому амплитудная модуляция энергетически невыгодна.

Другим недостатком амплитудной модуляции является широ­ кая полоса частот, занимаемая модулированным колебанием, она вдвое шире спектра модулирующего сигнала.

Но амплитудная модуляция имеет важные достоинства, обус­ ловливающие широкое применение ее в массовом радиовещании. К ним относится простота приемников для приема амплитудномодулированных колебаний.

В радиоустройствах гражданской авиации амплитудную моду­ ляцию применяют для ближней радиосвязи (118... 136 МГц). В основном же амплитудная модуляция используется в радиовеща­ тельных системах длинных, средних и коротких волн, а также для передачи изображения в телевизионных передатчиках метровых и дециметровых волн.

Энергетические показатели. При амплитудной модуляции зна­ чения токов и мощностей в выходной цепи генератора изменяются. При этом изменяются и энергетические показатели. КПД выход­ ной цепи в процессе модуляции изменяется линейно от максималь­ ного значения в точке максимальной мощности (rjMaKC = 0,65 0,75) до нуля в точке минимальной мощности.

В режиме молчания (несущем) КПД определяется по фор­ муле

г\в=Р~п/Ро = [Р ~ макс (1 + т ) ] / Р 0 макс (1 + /Л)2 = Т]макс/(1 + ^ ) .

При т = 1 г|н = 0,3... 0,35. Это очень низкий КПД.

Но полезный эффект радиотелефонной амплитудной модуля­ ции зависит от глубины ее. Громкость приема радиопередачи при амплитудной модуляции пропорциональна коэффициенту модуля­ ции т . Поэтому принято считать, что полезной является только мощность боковых колебаний, несущих передаваемую информа­ цию.

Отношение мощности боковых колебаний к средней мощности называется коэффициентом экономичности передачи (КЭП):

КЭП= 2Р~6/Р~ср= 0 ,5 т ? Р „ п/Р„ „ (1 + 0,5m2) = 1/(0,5т2+ 1).

При т = = 1 КЭП = 0,33. Это показывает, что экономичность пе­ редатчика при амплитудной модуляции очень низкая.

Рассмотрим физические процессы в генераторе при модуляции на сетку смещением. Сначала после включения источника питания в цепь сетки включается напряжение смещения £ с. Значение его выбирают таким, чтобы исходная рабочая точка находилась на нелинейном участке характеристики лампы Ia = f(eс) (в точке 0 на рис. 5.5). Затем включается напряжение возбуждения несущей частоты ис = Uс cos wt (точка 1 на оси времени на рис. 5.5). При действии в цепи сетки двух напряжений в цепи анода ток будет протекать в виде периодической последовательности импульсов с постоянной амплитудой и углом отсечки 0 = 90°. В составе этих импульсов имеется первая гармоника анодного тока / аi. Затем включается модулирующее напряжение UQ = UQ C O S cut (точка 2). Частота модулирующего напряжения Q во много (десятки тысяч раз) меньше несущей частоты со. Поэтому мгновенное значение модулирующего напряжения по сравнению с несущей изменяется настолько медленно, что за один период несущей его можно счи­ тать неизменным. Это дает возможность еще считать, что моду­ лирующее напряжение по отношению к напряжению несущей час­ тоты проявляется как постоянное напряжение смещения. Отсюда и название: модуляция изменением напряжения смещения. Но это напряжение смещения изменяется по звуковому закону. В даль­ нейшем рабочая точка перемещается по характеристике лампы в соответствии с изменением модулирующего напряжения.

Таким образом, в результате изменения напряжения смещения амплитуда импульсов анодного тока, угол отсечки 0, а следова­ тельно, и амплитуда первой гармоники анодного тока изменяются по звуковому закону, вследствие чего и осуществляется амплитуд­ ная модуляция (точки 3, 4, 5 и 6 на рис. 5.5).

Физические процессы в схеме при сеточной модуляции удобно проследить, пользуясь модуляционными характеристиками.

Статической модуляционной характеристикой называется зави­ симость первой гармоники тока выходного электрода 1\ или по­ стоянной составляющей его от напряжения на модулирующем электроде. При сеточной модуляции модулирующим электродом является сетка лампы. Поэтому модуляционные характеристики при сеточной модуляции — это зависимости токов Ia\ и / ао ог на­ пряжения смещения: Ial= f (E c) и Iao = f{E c). Они представлены на рис. 5.6. На этом рисунке видно, что на большей части модуляци­ онные характеристики довольно линейны, но имеют изгиб в ниж­ ней и верхней части. Анализируя статическую модуляционную ха­ рактеристику Iai= f (E c) видим, что:

1)исходную рабочую точку на ней следует выбирать на сере­ дине прямолинейного участка;

2)амплитуда модулирующего напряжения не должна выходить

за пределы линейного участка статической модуляционной харак­ теристики, чтобы не было искажений;

3)режим работы генератора в процессе модуляции все время остается недонапряженным;

4)максимальную мощность при Е с.макс генератор отдает в кри­ тическом режиме. Поскольку в процессе модуляции токи в цепях

электродов лампы изменяются, то и мощности будут также изме­ няться. Проследим изменение их.

Подводимая мощность Ро = Е а0/ао- Так как напряжение на ано­ де имеет постоянное значение в процессе модуляции не изменя­

смещения Ес по линейному закону (прямая на рис. 5.6). Поэтому изменение подводимой мощности с изменением напряжения сме­ щения в процессе модуляции происходит по линейному закону Po>=f(Ec) — прямая на рис. 5.7.

Колебательная мощность Р „ определяется выражением Р „ = = 0,5/2ai£ H. Произведение 0,5Р„ — величина постоянная. Следова­ тельно, график изменения колебательной мощности от напряжения смещения имеет квадратичный характер, так как Р~ пропорцио­ нально квадрату тока: Р - = kl2a,, где k — коэффициент пропор­ циональности.

Выделяющаяся на аноде лампы мощность в виде тепла Ра = = Ро—Р - как видно на рис. 5.7, наибольшее значение имеет в несущем режиме или близком к нему. Это означает, что при рас­ чете, выбирая лампу, правильность выбора ее нужно проверять в несущем режиме: мощность, рассеиваемая на аноде лампы в не­ сущем режиме Ра.нес должна быть меньше допустимой Ра.ДОп-

Важным достоинством сеточной модуляции на управляющую сетку является малая мощность модулятора, поскольку модули­ рующее напряжение вводится в цепь управляющей сетки.

Но в сеточной модуляции ряд существенных недостатков:

(рис. 5.9,а). Транзистор закрыт, и в цепи коллектора ток не про­ текает.

Если в цепи базы включено напряжение смещения £ Б0 и на­ пряжение возбуждения ua = U cos at, то результирующее напряже­ ние в цепи базы будет еБ = Е Бо + 0 cosat (рис. 5.9,6). При этом в цепи коллектора транзистора протекает ток в виде периодичес­ кой последовательности импульсов (рис. 5.9,в) одинаковой ампли­ туды. Этот ток может быть представлен в виде ряда IK = / KO+ / KIX Xcos а / + / к 2 cos 2(о/+ + / KnCos nat. Амплитуда каждой состав­ ляющей определяется с помощью коэффициентов разложения по таблицам Берга. В цепи базы при этом протекает импульсный ток, в данном случае отрицательный (рис. 5.9,в).

Если в цепи базы кроме напряжения смещения и напряжения возбуждения включено и звуковое напряжение Ua= Ua^osQt, то результирующее напряжение еБ = £ ’б0 + UQ COS Qt + Uv cos at. Так как напряжение звуковой частоты изменяется значительно медлен­ нее, чем напряжение возбуждения, то напряжение звуковой частоты проявляется по отношению к напряжению возбуждения, как напря­ жение смещения. Поэтому при модуляции рабочая точка будет пере­ мещаться по характеристике, как показано на рис. 5.9,г (точки А— А'). В результате изменяются амплитуда импульсов коллекторно­ го тока и угол нижней отсечки 0 (рис. 5.9,6). Поэтому в нагрузоч­ ном колебательном контуре амплитуда тока будет изменяться по закону звуковой частоты (рис. 5.9,е). Ток в цепи базы во время положительного полупериода звукового напряжения протекает в виде импульсов меняющейся полярности. Во время отрицательного полупериода ток в цепи базы — постоянный отрицательный (рис. ;5.9,ж).

Модуляционные характеристики коллекторного тока при базо­ вой модуляции приведены на рис. 5.10. Зависимость первой гар­ моники коллекторного тока / кi от напряжения смещения Е Б назы­ вается статической модуляционной характеристикой. Она имеет нижний и верхний изгибы за счет изгибов статических характери­ стик транзистора. На основном рабочем участке статические мо­ дуляционные характеристики практически прямолинейны.

Рабочую точку в режиме мол­ чания надо выбирать на середине

режиме (точка /ктмакс на рис. 5.10). Как видно из характеристик, моду­ лируемый генератор при базовой модуляции все время работает в недонапряженном режиме, дости­ гая оптимального режима только в

моменты максимумов звукового напряжения. Поэтому КПД кол­ лекторной цепи генератора при базовой модуляции смещением низкий, что ограничивает применение этого вида модуляции.

Базовая модуляция находит применение в качестве элемента комбинированной коллекторной модуляции.

При базовой модуляции возбуждением по закону изменения модулирующего напряжения изменяется амплитуда напряжения в цепи базы, а напряжение базового смещения и коллекторное на­ пряжение не изменяются. При этом происходит усиление модули­ рованных колебаний. Поэтому она возможна в режимах колеба­ ний как второго, так и первого рода. Однако режим колебаний первого рода из-за низкого КПД применять нецелесообразно.

Достоинство базовой модуляции возбуждением в том, что мо­ дуляционная характеристика при соответствующем выборе режи­ ма генератора может быть более линейной, чем при базовой мо­ дуляции смещением. Кроме того, при выборе угла отсечки 0 = 90° можно получить углубление модуляции, т. е. в коллекторной цепи 100%-ную модуляцию при глубине модуляции в базовой цепи меньше единицы.

5.4. УСИЛЕНИЕ МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИИ

В тех радиопередающих устройствах, в которых сеточная модуля­ ция осуществляется в одном из промежуточных каскадов, после­ дующие каскады работают в режиме усиления модулированных колебаний. Такой принцип построения передающего устройства используется при построении маломощных связных и вещательных передатчиков.

Для усиления модулированных колебаний используются гене­ раторы с внешним возбуждением, на управляющую сетку лампы в которых подается промодулированное по амплитуде напряже­ ние

^ВХ — и вх.нес (1 + /ГСвх COS Ш ) COS (Он.

При неискаженном усилении амплитуда первой гармоники вы­ ходного тока

I вых 1==^вых.нес ( 1 “Ь/^BbixCOS Q^).

Неискаженное усиление модулированных колебаний просто осуществляется при работе каскада в режиме А. Однако при т = = 1 неискаженное усиление модулированных колебаний молено по­ лучить и при угле отсечки анодного тока 0 = 90°.

Статические модуляционные характеристики усилителя модули­ рованных колебаний Iai= f{U c) или Iao = f{Uc) оказываются ли­ нейными только при работе генератора в недонапряженном режи­ ме и имеют изгиб при переходе генератора в перенапряженный