Электроника в вопросах и ответах - Хабловски И. - Страница 75

На практике модулирующий сигнал не является простейшим синусоидальным сигналом, а занимает некоторую полосу частот, например звуковых или изображения. В связи с этим боковые полосы выглядят не одиночными линиями, а полосами, расположенными симметрично относительно несущего колебания.

Из анализа спектра амплитудно-модулированного сигнала вытекает, что полезная информация содержится только в боковых полосах (частотах). Сравнивая амплитуды отдельных спектральных линий, приходим к выводу, что они находятся в соотношении 1:(m/2):(m/2). Поскольку мощность пропорциональна квадрату напряжения, отношение мощностей, переносимых боковыми частотами, имеет вид: 1:(m²/4):(m²/4). Например, если мощность несущего колебания составляет 500 Вт, то при m = 1 мощность каждой из боковых составляет 125 Вт и, следовательно, соответствует только 25 % мощности несущего колебания. При меньших глубинах модуляции доля боковых частот в общей мощности еще меньше. Изменению не подвергается только мощность несущего колебания — переносчик энергии.

Далее увидим, что существует возможность передачи информации без несущего колебания, а также без несущей и одной боковой полосы в системах однополосной модуляции.

Основное требование, предъявляемое к амплитудному модулятору, — это то, чтобы он был нелинейным устройством. При подведении к нелинейному устройству двух сигналов с разными частотами создаются условия взаимодействия этих сигналов. Рассмотрим простейший диодный модулятор, изображенный на рис. 11.3.

Рис. 11.3. Диодный модулятор

Во входную цепь диода включены два источника сигналов, из которых один является несущим сигналом с частотой f, значительно большей, чем частота F другого сигнала, являющегося модулирующим. Напряжение, возникающее на нагрузочном сопротивлении диода, управляет буферным усилителем, нагруженным резонансным контуром, настроенным на частоту несущего сигнала. Из-за нелинейности характеристики диода в его выходной цепи возникают сигналы основной частоты и комбинированных частот типа f + F; f + 2F; f — F; f — 2F; 2f + F и т. д. Подбирая соответственно ширину полосы резонансного контура, можно выделить на выходе сигналы с частотами f; f — F и f + F, соответствующие несущему колебанию, а также нижней и верхней боковым частотам. Как уже известно, сумма этих сигналов является амплитудно-модулированным колебанием.

Диодный модулятор, изображенный на рис. 11.3, на практике почти не применяется, поскольку не позволяет получать большие глубины модуляции без значительных искажений. Чаще всего амплитудная модуляция осуществляется в одном из каскадов высокочастотных усилителей мощности, работающих в классе С, так как только при этом можно получить достаточную линейность модулированного колебания. Модуляцию можно осуществлять как на низком, так и на высоком уровне мощности. В первом случае амплитудно-модулированное колебание усиливается в линейном усилителе класса В до требуемого выходного уровня.

Принцип работы модуляторов класса С основывается на увеличении коэффициента усиления усилителя высокой частоты в положительный полупериод модулирующего сигнала и уменьшении его в отрицательный полупериод. Этот принцип осуществляется подачей модулирующего сигнала на сетку, анод или катод триода. В пентоде модулирующий сигнал может быть подан на экранную или защитную сетку. Обычно уже в названии схемы модулятора указывается, на какой из электродов усилительной лампы подается модулирующий сигнал. В передатчиках малой мощности в модуляторах работают транзисторы, при этом модулирующий сигнал подводится к коллектору, эмиттеру либо базе.

На рис. 11.4 изображены основные схемы модуляторов. При анодной модуляции напряжение, питающее анод лампы усилителя высокой частоты, изменяется в такт с модулирующей частотой благодаря включению в цепь питания трансформатора. В сеточном модуляторе модуляционный трансформатор включен последовательно с источником отрицательного сеточного напряжения. Достоинством сеточного модулятора является то, что он требует относительно малой мощности модулирующего сигнала. Обычно этот вид модулятора применяется в телевизионных передатчиках большой мощности, поскольку анодный модулятор был бы более сложным устройством из-за широкой полосы частот, требуемой для передачи телевизионного сигнала. Катодный модулятор действует аналогично сеточному модулятору (рис. 11.4, в).

Рис. 11.4. Основные схемы модуляторов:

_{а — анодный; б — сеточный; в — катодный}

Из анализа спектра амплитудно-модулированного сигнала следует, что несущее колебание не принимает активного участия в переносе информации, несмотря на то, что оно поглощает большую часть энергии передатчика. Кроме того, известно, что одна боковая полоса содержит все необходимые данные о модулирующем сигнале, а вторая лишь удваивает информацию, содержащуюся в первой боковой полосе. На основании этого были разработаны два новых вида амплитудной модуляции.

Если несущее колебание подавляется, а передаются только боковые полосы, то такой вид модуляции называется двух полосной, модуляцией с подавляемой несущей. Несущее колебание можно исключить путем использования балансного модулятора, примером которого служит кольцевой модулятор, состоящий из четырех диодов (рис. 11.5).

Рис. 11.5. Электрическая схема (а) и форма выходного сигнала (б) кольцевого модулятора

Четыре диода в этой схеме идентичны, а точки р и р' являются средними точками обмоток. Между точками р и р' включается источник модулирующего колебания, а к трансформатору Tp₁ подводится модулируемый' сигнал. Поскольку схема симметрична, на выходе отсутствуют модулирующий сигнал и сигнал несущего колебания. При наличии модулирующего сигнала высокочастотное напряжение на выходе схемы пропорционально мгновенному значению модулирующего сигнала. Анализируя такой сигнал, можно прийти к выводу, что он содержит только модуляционные боковые частоты f + F и f + F без несущей.

В приемнике амплитудно-модулированных сигналов с подавленной несущей эту несущую следует восстановить для того, чтобы можно было осуществить процесс обратный модуляции, т. е. детектирование. Для того чтобы упростить восстановление несущей в приемнике, ее устраняют из передаваемого сигнала не полностью, а частично. Поэтому такая система носит название «с подавляемой несущей».

Другая схема модуляции — это схема однополосной модуляции, в которой кроме частичного подавления несущей используется полное исключение нижней боковой полосы (рис. 11.6). Однополосная модуляция помимо большой энергетической эффективности, являющейся следствием подавления несущей, дает еще экономию полосы пропускания, используемой для передачи сигнала, поскольку снижает в 2 раза необходимую ширину полосы. Исключение боковой полосы осуществляется с помощью соответствующих фильтрующих схем либо более сложных схем с фазовращателями. Схему однополосной модуляции применяют в проводной связи и радиосвязи.