6.6 Амплитудная модуляция в передатчиках

Передатчики с AM применяют для телефонной связи, радиовещания, передачи телевизионных изображений. Приведем основные соотношения, характеризующие работу генератора с амплитудной модуляцией.

В случае отсутствия модуляции, т.е. при коэффициенте модуляции m=0, режим передатчика называется режимом несущей частоты или молчания. Еще называется этот режим - телефонный. Мощность, отдаваемая генератором в этом режиме

.

В тот момент времени, когда амплитуда модулированных колебаний приобретает максимальное значение, генератор развивает пиковую или максимальную мощность

.

Аналогично средняя мощность при модуляции, т.е. при m>0

,

где m_cp=0,3‑0,4 – среднестатистический коэффициент модуляции.

Средняя мощность при AM зависит от m_cp, т.е. от пикфактора сигнала П_ф, который характеризует отношение максимального значения сигнала к эффективному. Что касается соотношений для подводимой мощности и рассеиваемой мощности на коллекторе транзистора, то они различны для базовой и коллекторной модуляции. Эти соотношения будут далее рассмотрены.

Исходной мощностью при проектировании каскадов передатчиков с AM является P_1н. Однако транзистор модулируемого каскада должен развивать в нагрузке в пике модуляции мощность Р_1мах. Это очень важно, так как в радиовещательных передатчиках среднеквадратические значения коэффициента модуляции малы - порядка 0,3-0,4. Значение m_cp зависит от величины пикфактора П_ф, т.е. .

Передатчики с AM проектируются исходя из максимального (заданного) значения m_max. Иными словами, при проектировании AM каскадов надо исходить из пиковой мощности

.

При расчетах токов и напряжений полагают, что статическая модуляционная характеристика (СМХ) линейна, т.е.

. . .

Важной задачей проектирования модулированных каскадов является достижение высоких энергетических показателей при заданных качественных показателях. Нелинейные искажения в модулируемом генераторе определяются в основном нелинейностью модуляционной характеристики. Нелинейные искажения также возникают в модуляторе. Частотные искажения возникают как в модуляторе, так и в модулируемых каскадах передатчика. В задании на курсовой проект обычно задается полоса частот модуляции.

6.6.1 Коллекторная модуляция

Коллекторная модуляция применяется в перенапряженном режиме. Этот вид модуляции обладает высокой энергетической эффективностью, как и анодная модуляция, к.п.д. при этом практически постоянный. Модулирующее напряжение включают последовательно с постоянным напряжением в цепи коллектора , определяющего режим молчания

,

где – коэффициент модуляции.

Для лучшего использования транзистора рекомендуют максимальный режим совмещать с критическим, а режим несущей (молчания) – с серединой линейного участка СМХ (рисунок 6.14).

Рисунок 6.14

При расчете каскада с коллекторной модуляцией исходными являются мощность в антенне Р_Ан в режиме несущей, коэффициент модуляции m, рабочая частота передатчика f, требуемая полоса частот модуляции.

При выборе типа транзистора целесообразно выбрать наиболее дешевый, на котором можно построить требуемый каскад. Поскольку стоимость транзистора резко увеличивается с ростом его максимальной рабочей частоты и номинальной мощности, стремятся выбирать транзистор без значительного запаса по мощности и частоте, т.е. запас не более 20‑30%.

Для транзистора из соображений надежности опасны даже кратковременные (в отличие от ламп) превышения мгновенных значений напряжения U_кэ и тока I_к по сравнению с максимально допустимыми значениями. Поэтому номинальная мощность транзистора должна соответствовать мощности в максимальном режиме. Остальные соображения по выбору транзистора такие же, как при отсутствии модуляции (раздел 6.2).

Порядок расчета. Расчет каскада с коллекторной модуляцией начинают с режима максимальной мощности. Его выполняют как обычный расчет усилителя мощности в критическом режиме на заданную мощность. Тогда мощность, требуемая от транзистора с коллекторной модуляцией

,

где К_п3=1,2 - коэффициент производственного запаса;

P_Ан- заданная мощность в антенне в режиме несущей;

m - коэффициент модуляции;

, – к.п.д. контура и фидера соответственно. На первом этапе расчета можно задаться

; .

Напряжение коллекторной цепи при коллекторной модуляции выбирается с учетом режима максимальной мощности, когда

.

Угол отсечки коллекторного тока на высокой частоте при коллекторной модуляции выбирают в пределах Уменьшение угла отсечки приводит к снижению коэффициента усиления каскада по мощности К_р. Кроме того, ухудшается режим входной цепи – требуется большее напряжение возбуждения .

В результате расчета режима максимальной мощности будут определены , , , , R_oe, U_mб, I_б1, Р_возб, К_р.

Режим молчания. Благодаря высокой линейности СМХ, которая легко строится по двум точкам и , при коллекторной модуляции режим молчания пересчитывается из режима максимальной мощности:

1) ток коллектора первой гармоники

;

2) постоянная составляющая тока коллектора

;

3) напряжение на коллекторе

;

4) мощность, потребляемая генератором

;

5) мощность первой гармоники

;

6) мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора

;

7) средняя мощность за период модуляции

,

8) средняя мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора при модуляции

;

9) средний к.п.д. за период модуляции

,

10) мощность модулятора

.

При , . Из последнего выражения видим, что мощность модулятора при коллекторной модуляции соизмерима с мощностью, потребляемой высокочастотной ступенью. Необходимость иметь мощный модулятор - существенный недостаток коллекторной модуляции. Мощные модуляторы (при Вт) рекомендуется выполнять по двухтактной схеме. Это снижает нелинейные искажения передатчика в целом.