3.3 Усиление модулированных колебаний

Часто в передатчиках сеточная модуляция осуществляется в промежуточном (маломощном) каскаде с последующим усилением модулированных колебаний.

При усилении модулированных колебаний на управляющую сетку лампы (или базу транзистора) поступает модулированное напряжение ВЧ

U_mg (₀ , ) = U_mgн (1+m_g cos t) cos t,

где m_g = (U_mgmax – U_mgmin)/ (U_mgmax +U_mgmin) – глубина (коэффициент) модуляции транзистора или лампы.

Это означает, что режим изменяется при различных значениях напряжения U_mg при E_g = const для этого усилительного каскада. Отсюда вытекает, что усиление модулированных колебаний относится к системам с модуляцией в цепи управляющей сетки.

В общем случае от изменения U_mg зависят как импульс анодного тока J_ma, так и угол отсечки _a (рис. 3.2).

В процессе усиления модулированных колебаний огибающая первой гармоники анодного тока должна совпадать с огибающей напряжения возбуждения U_mg (), т.е. не должно быть ограничений огибающей ни снизу, ни сверху.

Рис. 3.2

При усилении модулированных колебаний различают три режима:

1. максимальный;

2. несущий или телефонный (режим молчания);

3. минимальный.

По напряженности режима применяют только недонапряженный режим.

По углу отсечки (может работать и без угла отсечки), т.е.  = 90,  <90 и  >90.

Усилительный каскад может работать с углублением модуляции. В этом случае глубину модуляции на входе обозначают m_g, а на выходе m.

Усиление модулированных колебаний возможно только в недонапряженном режиме, т.е. без сеточного тока или при малом сеточном токе J_g0.

Если _amax < 90 – происходит углубление модуляции, т.е. m> m_g. Глубокая модуляция уже сопровождается нелинейными искажениями.

Если _amax = 90, то m = m_g (  0.35, достаточно линейное усиление).

Если _amax > 90, то m < m_g (мал КПД, поэтому линейный участок несколько шире, чем при _a = 90).

Для определения _amax можно рекомендовать следующую формулу

cos_amax  (m – m_g /m)/ (1+ m_g).

Если потребуется m=1, то

cos_amax = (1 – m_g)/ (1+m_g).

По своим энергетическим показателям усилительный каскад близок к каскаду с сеточной модуляцией, т.е.  невысок, а это основной недостаток. Особенно мало КПД при  =180, т.е. в режиме класса “А” (  0,1). Зато широк линейный участок СМХ.

Все каскады после модулируемого должны быть рассчитаны по полосу пропускания F. Это несколько усложняет реализацию усилительных каскадов, особенно если требуется широкая полоса пропускания (или низкая несущая частота).

Если каскад усиления модулируемых колебаний является выходным, то следует учесть КПД анодного контура _к, т.е.

P_ном = (P₁ (1+m_max)²)/ _к;

В заключение отметим, что схемы УМК должны быть построены так, чтобы напряжения смещения E_g и E_g2 были постоянными.

3.4 Базовая модуляция

В радиопередатчиках малой мощности на транзисторах применяется базовая модуляция. При базовой модуляции в такт с модулирующим сигналом изменяется напряжение смещения на базе [6]

E_б = E_бн +U( )cos t.

При этом амплитуда напряжения возбуждения U_mб и напряжения коллекторного питания E_к остаются постоянными [2;6].

Схема базовой модуляции:

Рис. 3.3

При базовой модуляции:

E_бн = const.

U( t) = U( )cos t.

При E_б = E_бн – модуляции нет.

При E_б = E_бн +U( )cos t – есть модуляция.

Мгновенное напряжение на базе

e_б = U_mбcos t+ E_бн + U( )cos t.

Для транзисторов максимальный режим – это критический режим: угол отсечки коллекторного тока _к=100  120. При этом

J_к1 = J_mк ₁;

J_к0 = J_mк₀;

Поскольку в транзисторных каскадах для установления рабочей точки применяется открывающее смещение, то углы отсечки _к в недонапряженном режиме достигают 100120. Поэтому, несмотря на то, что J_mк соответствует у транзистора Е_б значения токов J_к1, J_к0 не соответствуют Е_б из-за нелинейности ₀(_к ) и ₁(_к ) (рис.3.4).

Рис. 3.4

Это указывает на то, что базовая модуляция приводит к нелинейной СМХ.

Кроме того, получаются низкие энергетические показатели, т.е. также как и в ламповом варианте КПД невысокий.

Чтобы уменьшить нелинейные искажения в модуляторах на транзисторах используют открывающее смещение, т.е. для n-p-n транзистора это будет положительное смещение.

Приведем СМХ для транзисторного модулятора (рис. 3.5).

Рис. 3.5

Е_б устанавливается в середине линейного участка СМХ, т.е. J_к1 = f (Е_б).

Далее все расчетные соотношения при базовой модуляции ведутся аналогично сеточной модуляции смещением, учитывая при этом граничную частоту транзистора и допустимые мощности рассеяния его электродов [6].

Вопросы для самопроверки

1. Нарисуйте схему базовой модуляции.

2. Какой угол отсечки коллекторного тока устанавливается в максимальном режиме?

3. Чем вызывается нелинейность параметров ₀=f (_к) и ₁=f (_к) в транзисторных каскадах?

4. Достоинства базовой модуляции.

5. Недостатки базовой модуляции.

6. Особенности усилителя модулированных колебаний.

7. В каких каскадах предпочтительней применять УМК?