28.2. Бесфильтровый способ получения балансной модуляции.

Из лекции 27 следует, что при воздействии несущего и модулирующего сигналов на нелинейную ВАХ ЭП, возникает множество комбинационных частот, из которых спектральные составляющие АМ сигнала выделяют фильтром. Применение фильтров связано с рядом неудобств. Катушки, имеющие большую индуктивность вообще невозможно изготовить в микроэлектронном исполнении. В ИМС приходится полосовые фильтры строить с помощью активных RC – цепей, однако, такие фильтры имеют невысокую избирательность и работают ограниченном диапазоне частот (до единиц МГц). Балансно – модулированный сигнал может быть получен в бесфильтровом модуляторе, схема которого приведена на рис. 28.2.

Рис. 28.2. Структурная схема бесфильтрового балансного АМ

КОУ, Л.28, стр.3

На вход сумматоров бесфильтрового модулятора поступают ВЧ (Uвч) и модулирующее (UΩ) напряжения:

Uвч = Umвч ∙ Cos ωt,

UΩ = UmΩ ∙ Cos Ωt. (28.2)

Каждый из нелинейных элементов (НЭ) имеет квадратичную ВАХ: I = a∙u .

На выходе первого НЭ: i = a(U ² + 2 U * U + U ²);

На выходе второго НЭ: i = a(U ² - 2 U * U + U ²);

На выходе третьего сумматора:

i = i - i = 4U *U *a = 4a* U * U *Cos ωt*Cos Ωt (28.3)

Известно, что в процессе модуляции происходит перемножение ВЧ и модулирующего сигналов. Выражение (28.3) показывает, что осуществлена амплитудная модуляция. В составе выходного тока отсутствует колебание с несущей частотой:

i =( 4a* U * U /2)* Cos (ω+Ω)t + (4a* U * U /2)* Cos (ω - Ω) (28.4)

Выражение (28.4) соответствует АМ колебанию с подавленной несущей, то есть балансно - модулированному сигналу.

28.3 Компенсационный метод формирования однополосного сигнала.

Однополосную модуляцию возможно получить фильтровым способом, выделив из полученного в (28.4) сигнала одну боковую полосу частот. Но, возможно получение ОМ фазовым (или компенсационным) методом.

Рассмотрим структурную схему модулятора однополосного сигнала, приведенную на рис.28.3

Рис. 28.3. Структурная схема получения однополосной АМ

компенсационным методом.

КОУ, Л.28, стр.4

Фазовращатели высокой и низкой частоты(ФВвч и ФВнч) сдвигают, подаваемые на их вход сигналы, по фазе на угол 90 градусов:

Uфввч = Umw ∙ Cos(ωt +90 ),

Uфвнч = UmΩ ∙ Cos(Ωt + 90 ). (28.5)

После первого балансного модулятора (БМ1):

U * U *Cos ωt*Cos Ωt = ½* U * U * [Cos (ω+Ω)t + Cos (ω - Ω) ] (28.6)

После второго балансного модулятора (БМ2):

U * U *Cos (ω + 90⁰)t* Cos(Ω + 90⁰)t = ½* U * U * [Cos[ (ω+Ω)t +180⁰ ] + Cos (ω - Ω)t (28.7)

После сумматора:

U * U * Cos (ω - Ω)t (28.8)

Выражение (28.8) свидетельствует, что получена одна нижняя боковая полоса.

Если применить сумматор со знаком минус, то есть из (28.6) вычесть (28.7), то получим однополосный АМ сигнал с одной верхней боковой полосой:

(28.9)

Итоги занятия:

1. Амплитудная модуляция получает названия по тому электроду ЭП, на который подается модулирующий сигнал. Применительно к радиолампам возможна сеточная, катодная или анодная модуляция.

2. Бесфильтровые или фазовые методы позволяют выполнить модуляторы в виде ИМС, что уменьшает габариты, вес, энергопотребление и снижает их стоимость.

КОУ, Л,29, стр.1

КОУ, Л.29. УГЛОВЫЕ МОДУЛЯТОРЫ

Вопросы лекции

29.1. Взаимосвязь частотной и фазовой модуляции.

29.2. Схемы частотных и фазовых модуляторов.

29.1. Взаимосвязь частотной и фазовой модуляции.

В выражении мгновенного значения косинусоидального напряжения (27.1) изменение частоты или фазы приводят к изменению угла. Это означает, что частотная и фазовая модуляция взаимосвязаны. При наличии ЧМ ей сопутствует фазовая, при наличии ФМ ей сопутствует частотная. И тот и другой виды (то есть ЧМ и ФМ) относят к угловой модуляции, а частотный и фазовый модуляторы называют угловыми модуляторами.

Однако, есть и существенное различие между ЧМ и ФМ. При ЧМ отклонение частоты от среднего значения называют девиацией частоты.

Девиация частоты при ЧМ пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала:

(t) = m * U (t) (29.1)

При ФМ Отклонение фазы, то есть индекс модуляции пропорционален амплитуде модулирующего сигнала:

φ(t) = m * U (t) (29.2)

В (29.1) и (29.2) и - коэффициенты ЧМ и ФМ соответственно.

При известном законе изменения частоты ω(t), изменение фазы

φ(t) запишется следующим образом:

φ(t) = (29.3)

При известном законе изменения фазы φ(t), изменение частоты ω(t)

запишется следующим образом:

ω(t) = d / dt * φ(t) (29.4)

Возьмем простейший косинусоидальный модулирующий сигнал:

и подставим его в формулы (29.1), (29.3):

φ(t) = *U *Cos t * dt =( m * U / ) *Sin t (29.5) ,

КОУ, Л,29, стр.2

Где

m * U / = φ максимальное отклонение фазы

Выражение (29.5) показывает, что девиация фазы обратно пропорциональна модулирующей частоте. Для того, чтобы отклонение фазы было пропорционально частоте, модулирующий сигнал необходимо продифференцировать. Схема такого фазового модулятора (ФМ), выполненного на основе частотного модулятора (ЧМ), приведена на

рис. 29.1а.

а )

б )

Рис. 29.1. Схемы ФМ на основе ЧМ (а) и ЧМ на основе ФМ (б)

Напряжение на входе ЧМ в схеме рис. 29.1а:

U (t) = U (R/ )

Учитывая, что постоянная времени дифференцирующей цепи =RC выбирается значительно меньше периода модулирующего сигнала RC<<1/

получаем, пропорциональный частоте модуляции, рост девиации частоты:

U (t) = U * * ;

ω(t) =m * *U * (29.6)

Если (29.6) подставить в (29.3), получим:

КОУ, Л,29, стр.3

φ(t) = m *( U / ) * * (29.7)

Выражение (29.7) показывает, что девиация фазы в этом случае не зависит от частоты модулирующего сигнала.

При частотной модуляции, согласно (29.4) с учетом (29.2) для косинусоидального сигнала U (t) = U *Cos t имеем:

(t) =d/dt*(m * U * Cos t) = m * U * Sin t (29.8)

где m * U * = - максимальное отклонение (девиация) частоты.

Согласно (29.8), девиация частоты растет с ростом частоты модулирующего сигнала. Для того, чтобы девиация частоты была одинаковой во всем диапазоне модулирующих частот, необходимо перед фазовым модулятором поставить интегрирующее звено (рис. 29.1б).

В этом случае: U (t) = U */ / ( )

Постоянная времени цепи интегрирования выбирается значительно больше периода модулирующего сигнала =RC >> 1/ , откуда R >> 1/ . Учитывая данное условие, получим:

U (t) = U * 1/ *RC = U / * (29.9)

Подставив (29.9) в (29.8), получим

= m * (U / * )* = m * U (29.10)

Где m /

(29.10) показывает независимость девиации частоты ЧМ, собранного по схеме рис.29.1б от частоты модулирующего сигнала.