Электроника в вопросах и ответах - И. Хабловски

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

Что такое однополосная модуляция и как ее получают?

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.

Рис. 11.6. Спектры амплитудно-модулированных сигналов при двухполосной (а) и однополосной (б) модуляции

Что такое детектирование?

Детектирование или демодуляция — это процесс, обратный модуляции, в результате которого из модулированного колебания получают модулирующий сигнал. Очевидно, что для каждого вида модуляции существует соответствующий ему вид демодуляции, например амплитудная демодуляция, частотная и т. п.

Процесс демодуляции используется в радиоприемниках и телевизорах, предназначенных для приема модулированных сигналов. В результате получают полезный сигнал, идентичный модулирующему сигналу в передатчике.

Каков принцип работы амплитудного детектора?

Задачей амплитудного детектора является перенос спектра модулирующего сигнала, расположенного около несущей частоты (в виде боковых полос), в полосу частот, первоначально занимаемую этим сигналом. Так же как и при модуляции, процесс детектирования требует использования устройства с нелинейной характеристикой. Разница по сравнению с модулятором заключается в том, что в детекторе сигнал с несущей частотой не подводится от отдельного источника, а содержится в самом сигнале. Если в сигнале несущая подавлена, как это происходит при однополосном сигнале, то она должна быть восстановлена в приемнике и добавлена к сигналу, подвергаемому детектированию.

Требуемую нелинейность характеристики детектора получают путем соответствующего выбора рабочей точки транзистора, лампы или диода. Принцип работы нелинейного (квадратичного) детектора на транзисторе можно пояснить с помощью схемы, представленной на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Схема детектора на транзисторе

Детектирование происходит после подачи модулированного колебания на базу транзистора. Из-за нелинейности входной характеристики в выходном колебании появляется составляющая, которая изменяется в такт с модулирующей частотой. Имеющийся сигнал высокой частоты устраняется с помощью RС-цепочки, образующей фильтр нижних частот. Из более подробного анализа выходного колебания следует, что помимо основной составляющей в нем действует составляющая с частотой второй гармоники модулирующего сигнала, пропорциональная глубине модуляции. Поэтому в результате детектирования возникают искажения полезного сигнала, которые оправдывают название этого типа детектирования (нелинейное детектирование), но одновременно ограничивают применение рассматриваемой схемы.

Как действует линейный диодный детектор?

Схема диодного детектора представлена рис. 11.8.

Рис. 11.8. Диодный детектор

Диод в этой схеме работает как выпрямитель напряжения высокой частоты. Входной амплитудно-модулированный сигнал подводится от резонансного контура, настроенного на несущую частоту и имеющего достаточную ширину полосы для выделения амплитудно-модулированного колебания. Диод как элемент с однонаправленным действием выпрямляет модулированное колебание, поэтому в нагрузку проходит только положительная полуволна сигнала. Если бы диод был включен в обратном направлении (катодом к резонансному контуру), то выпрямлялась бы отрицательная полуволна сигнала.

Если сопротивление диода rд мало по сравнению с сопротивлением резистора R на выходе возникает напряжение, равное амплитуде входного сигнала. Постоянная времени RC подбирается таким образом, что высокочастотная составляющая отфильтровывается и на выходных зажимах действуют только постоянная составляющая и модулирующий сигнал. Постоянную составляющую можно устранить с помощью конденсатора, включенного последовательно с дальнейшей частью тракта, предназначенного для усиления сигнала, полученного в результате детектирования. На рис. 11.9 представлены последовательные этапы получения напряжения, соответствующего огибающей модулированного сигнала.

Рис. 11.9. Формы колебаний при диодном детектировании: