Практическое задание 2

1. Выполните схему, изображенную на рис.2, добавив к предыдущей схеме сумматор SUM, взятый из библиотеки abm.slb. Рекомендуется сохранить результаты предыдущего задания для сравнения.

2. Проведите моделирование и снимите временные и спектральные зависимости.

3 . Из схемы моделирования следует, что выходное напряжение равно:

u_AM = U_mcostU₀cos₀t + U₀cos₀t =

= U₀ (1 + mcost)cos₀t,

где m - коэффициент модуляции, являющийся мерой «глубины» модуляции.

По временным диаграммам оцените коэффициент модуляции и сравните с расчетным.

4. Измените параметры источников сигнала на схеме таким образом, чтобы получить последовательно m = 0,5; 1,0; 1,25. Оцените коэффициент полезного действия (КПД), присущий данному виду модуляции, как отношение средней мощности боковых полос в спектре АМ-сигнала к полной средней мощности для каждого случая.

Кроме невысокой энергетической эффективности АМ-сигнал обладает избыточностью, т.к. верхняя и нижняя полосы спектра несут абсолютно одинаковую информацию. Следовательно полоса частот, занимаемая в эфире АМ станцией, вдвое шире необходимой, соответствующей ширине спектра модулирующего сигнала. По этой и ряду других причин в системах радиосвязи на КВ широко используют однополосную модуляцию (SSB). При этом излучается спектр частот, соответствующий одной из боковых полос, верхней или нижней, при полностью подавленной несущей.

Р ассмотрим один из способов формирования SSB-сигнала, называемый фазовым. Блок-схема фазового формирователя SSB-сигнала представлена на рис.3.

Модулирующий сигнал подается на широкополосный низкочастотный фазовращатель U1, создающий относительный фазовый сдвиг 90^О на выходе. Напряжение генератора несущей проходит высокочастотный фазовращатель U2. Сдвинутые по фазе НЧ и ВЧ сигналы попарно перемножаются, а затем складываются на выходе формирователя. Очевидно, что выходной сигнал формирователя SSB можно представить следующим выражением:

u_SSB = U_m U₀ (costcos₀t + sintsin₀t) = U_m U₀cos(₀ - )t.

Оно соответствует нижней боковой полосе сигнала. Легко убедиться, что переключение выводов одного из фазовращателей (любого) приведет к подавлению нижней и выделению верхней боковой полосы.

Полная компенсация одной из боковых полос в фазовом формирователе SSB-сигнала возможна лишь при условии, что амплитуды сигналов на выходах двух перемножителей в точности равны, а фазовые сдвиги входных сигналов составляют точно 90^О.

Практическое задание 3

1. Выполните схему фазового формирователя SSB-сигнала, используя независимые источники напряжения и перемножители. (Совет: на выходе перемножителей установите сумматор.)

2. Промоделируйте схему и убедитесь в правильности ее работы.

3. Внесите изменения в схему, чтобы подавить противоположную боковую полосу.

3. Оцените среднюю мощность на выходе модулятора и сравните со средней мощностью на выходе DSB-модулятора (рис.1).

Схемы модуляторов

При практической реализации схем амплитудных модуляторов исходят из конкретных параметров устройства, в котором будет работать модулятор. В частности, амплитудная модуляция достаточно часто используется в различного рода измерительных устройствах, работающих с малыми по уровню мощности сигналами. При этом экономичность (КПД) устройства не является основным фактором. В подобных случаях амплитудный модулятор целесообразно строить на базе микросхемных перемножителей аналоговых сигналов (например, микросхемы 140МА1 на дифференциальных каскадах). В зависимости от схемы включения микросхемы спектр АМ-колебания на выходе может быть получен как в полном виде, так и с подавленной несущей.

Если модулятор работает с большими амплитудами колебаний (например, когда он используется на выходе радиопередающего устройства), то его КПД может определять КПД всего устройства. В этом случае модулятор проектируют на базе дискретных транзисторов. Применение дискретных транзисторов в качестве нелинейного устройства модулятора необходимо и в случае высокой частоты несущего колебания, на которой микросхема не может работать.

П ример модулятора на дискретном транзисторе приведен на рис.4. Это схема коллекторного модулятора, в которой модулирующее напряжение создается источником V2 и приложено между коллектором и эмиттером транзистора последовательно с напряжением источника питания. В результате этого в такт с изменением модулирующего напряжения меняется мгновенное значение коллекторного напряжения и соответственно перемещается нагрузочная прямая на выходных ВАХ транзистора.

Базовая цепь транзистора, которая управляется напряжением несущего колебания, показана упрощенно, без элементов, обеспечивающих гальваническую развязку входа транзистора от генератора, и без элементов, задающих рабочую точку транзистора. Нагрузкой модулятора является колебательная система, состоящая из двух связанных контуров, настроенных на частоту несущего колебания.