10.5 Получение модулированных колебаний.

Модуляция несущего колебания по закону передаваемого сообщения является нелинейно операцией и осуществляется в нелинейных устройствах, называемых модуляторами.

Амплитудные модуляторы. Формальный анализ аналитического выражения для однотонального АМ-сигнала показывает, что при его формировании необходимо перемножить модулирующий сигнал и несущее колебание .

Интересно отметить, что до настоящего времени в радиоэлектронике еще не разработано эффективных методов непосредственного перемножения двух или нескольких аналоговых сигналов. Поэтому при осуществлении амплитудной модуляции специалисты применяют косвенные методы перемножения с помощью нелинейных или параметрических цепей.

Амплитудные модуляторы на основе резонансных усилителей мощности. При построении амплитудных модуляторов чаще всего используют эффект преобразования суммы модулирующего и несущего колебаний, подаваемых на безынерционный нелинейный элемент. Простейший амплитудный модулятор создают на основе нелинейного резонансного усилителя (рис.10.7а), включив на входе последовательно источник постоянного напряжения смещения U₀, модулирующего сигнала e(t) и генератор несущего колебания u_н(t), и настроив колебательный контур на резонансную частоту ω₀.

Рассмотрим принцип получения однотонального АМ-сигнала. Тогда к входу модулятора (рис.) необходимо приложить напряжение

(10.27)

С помощью диаграмм токов и напряжений, показанных на рис.10.7б и поясняется принцип действия модулятора. Положим, что сквозная характеристика транзистора - зависимость тока коллектора I_k от напряжения база-эмиттер U_бэ – аппроксимирована двумя отрезками прямых линий. Вследствие перемещения рабочей точки относительно напряжения смещения U₀ по закону модулирующего сигнала e(t) происходит изменение угла отсечки тока в кривой несущего колебания. В результате импульсы коллекторного тока i_k транзистора, отражающие изменение несущего колебания, оказываются промодулированными по амплитуде. В спектре импульсов коллекторного тока транзистора содержится множество гармонических составляющих с частотами ω₀ и Ω, а также с кратными и комбинационными (суммарными и разностными составляющими гармоник ω₀ и Ω), частотами. Резонансный контур должен иметь полосу пропускания Δω_АМ=2Ω и тогда он выделит из спектра импульсов коллекторного тока только гармоники с частотами ω₀-Ω, ω₀ и ω₀+Ω.

а) б)

Рис. 10.7

Для оценки качества работы модулятора, с точки зрения вносимых искажений, используют статическую модуляционную хаоактеристику- зависимость коллекторного тока I_k1 и постоянного напряжения на базе U_бэ (рис.10.8). Отметим, что для исключения искажений необходимо использовать только линейный участок модуляционной характеристики в диапазоне I_kmin … I_kmax.

Рис.10.8

При многотональной амплитудной модуляции (модуляции реальным сложным сигналом) приведенные рассуждения также справедливы и в случае выбора линейного участка модуляционной характеристики нелинейные искажения будут минимальными. Однако при модуляции сложным сигналом могут возникнуть линейные (частотные) искажения. Эти искажения обусловлены следующим: чем дальше отстоит боковая частота от несущей частоты тем меньше усиливается эта частотная составляющая вследствие резонансного характера АЧХ контура модулятора. Для снижения частотных искажений необходимо полосу пропускания контура увеличивать, а с точки зрения фильтрации паразитных гармоник уменьшать. При разработке практических схем принимают компромиссное решение – выбирают полосу пропускания контура, равную удвоенному значению высшей частоты модуляции.