1 Характеристики модуляторів
Основними характеристиками модуляторів є модуляціонная і частотна.
Модуляційна характеристика являє собою залежність відхилення інформаційного параметра несучої від впливає постійного модулирующего напруги Uм. При гармонійної несучою це відхилення амплітуди DUm при АМ, відхилення частоти Dw при ЧМ і відхилення фази Dj при ФМ.
В ідеальному випадку модуляціонная характеристика повинна бути лінійною (рисунок) проте реальна характеристика має відхилення. Ці відхилення призводять до нелінійних спотворень модульованого сигналу. По даній характеристиці визначають якісні показники модулятора (амплітуду модулюючого сигналу).
Частотна характеристика являє собою залежність основного параметра модульованого сигналу від частоти модулюючого гармонійного сигналу Uм (t). Для гармонійної несучою такими параметрами є (коефіцієнт mАМ при АМ, девіація частоти Dwm при ЧМ, індексу Djm при ФМ.
Ідеальна частотна характеристика має постійне значення на всіх частотах (малюнок). Реальна характеристика має відхилення, що призводить до частотним спотворень. По частотній характеристиці визначають частотні властивості модулятора (смугу пропускання модулятора).
Модуляційна і частотна характеристики знімаються експериментально.
2 Формування амплітудно-модульованих сигналів
Однотактний амплітудний модулятор на діоді
До складу даного модулятора входить діод (нелінійний елемент) і смуговий фільтр (малюнок). Нелінійний елемент у схемі необхідний оскільки модуляція пов'язана зі зміною спектру сигналу.
На діод VD, вольтамперних характеристика якого аппроксимирована поліномом другого ступеня, подали три напруги: напруга зсуву U0, напруги модулюючого сигналу (u (t)) і несучого (S (t)) коливання. Спектр відгуку діода при такому впливі буде мати вигляд (малюнок). У даному спектрі модульованих сигналів відповідають складові на частотах w0, w0 В± W. Ці складові виділяються смуговим фільтром, в якості якого використовується коливальний LC контур, настроєний на частоту w0. Тимчасові діаграми сигналів представлені на малюнку.
Недоліком даного модулятора є присутність у спектрі АІ сигналу складової несе сигналу.
Балансний модулятор
Даний модулятор являє собою два однотактний амплітудних модулятора працюють на загальне навантаження (рисунок). Модулятор містить два діоди з однаковими ВАХ апроксимувати поліномами третього ступеня. Два резистора з малим, але однаковим опором є навантаженням діодів. Модулюючий сигнал подається через первинну обмотку трансформатора, а несучий коливання подається через середню точку вторинної обмотки трансформатора і точкою з'єднання двох резисторів.
Якщо в деякий момент часу напруги u (t) і S (t) матимуть полярність показану на малюнку, то, нехтуючи падінням напруги на резисторах, напруга на діодах буде одно:
uд1 (t) = S (t) + uII (t);
uд2 (t) = S (t) - uII (t)
де uII (t) (напруга сигналу, що модулює у вторинній обмотці трансформатора.
Напруга на виході балансного модулятора буде одно
U вих (t) = 2R (a1 uII (t) + 2 a2 S (t) uII (t) + a3 uII (t) 3 + 3 a3 S (t) 2 uII (t))
де а1, а2, а3 (коефіцієнти апроксимуючого полінома.
Спектр сигналу на виході модулятора показаний на малюнку.
Як випливає із спектру вихідного сигналу, в ньому відсутні складові несе сигналу, парні складові модулюючого сигналу і їх вищі гармоніки, які вносять спотворення форми модульованого сигналу. Відсутність складової несе сигналу і її гармонік пояснюється тим, що падіння напруги, викликані струмами цих коливань на резисторах, мають однакові значення, але протилежну полярність. До недоліків модулятора можна віднести наявність складових модулюючого сигналу і вищих гармонік модульованого сигналу.
Кільцевій модулятор
Даний модулятор являє собою два балансних модулятора працюють на загальне навантаження (рисунок). Чотири діода VD1 (VD4 мають однакові ВАХ Апроксимовані поліномами третього ступеня. Якщо полярність напруг u (t) і S (t) в деякий момент часу відповідає показаної на малюнку, то, нехтуючи падінням напруги на резисторах, напруга на діодах буде дорівнює
uд1 (t) = S (t) + uII (t);
uд2 (t) = S (t) - uII (t);
uд3 (t) = - S (t) - uII (t);
uд4 (t) = - S (t) + uII (t).
Напруга на виході модулятора буде одно
U вих (t) = 8R a2 S (t) uII (t).
Спектр сигналу на виході кільцевого модулятора показаний на малюнку.
Як видно з діаграми в спектрі сигналу відсутні складові несе і модулирующего сигналів, а також відсутні вищі складові модульованого сигналу. Таким чином, кільцевої модулятор є ідеальним модулятором, але лише для сигналів невеликої амплітуди. При великих амплітудах S (t) і u (t) в спектрі вихідного сигналу з'являються різні комбінації непарних гармонік вхідних сигналів.
Амплітудний модулятор на транзисторі
Даний модулятор використовується для формування великих амплітуд. У ньому в якості нелінійного елемента використовується транзистор (VT), включений за схемою з загальним емітером (малюнок). Навантаженням транзистора є коливальний контур С2 L1, який використовується в якості смугового фільтра і налаштовується на частоту першої гармоніки несе коливання w0. Також модулятор містить дільник напруги R1 R2 подає напругу зміщення для вибору положення робочої точки транзистора, резистор R3 забезпечує температурну стабілізацію робочої точки, розділові конденсатори С1, С3, С4 розділяють струм живлення від струму сигналу. Модулюючий сигнал подається на емітер транзистора. Несуче коливання разом з напругою зміщення надходять на базу VT. Модульований сигнал знімається з колектора.
Перевагою даного модулятора є високий ККД, т. к. транзистор працює в режимі відсічення колекторного струму. Тимчасові діаграми сигналів схеми показані на малюнку.
3 Формування односмуговою-модульованих сигналів
Формування односмуговою-модульованих сигналів здійснюється двома методами: методом фільтрації і методом фазування.
Метод фільтрації
Структурна електрична схема модулятора що реалізовуватиме даний метод представлена ​​на малюнку. При даному методі модулюючий сигнал u (t) і несучий коливання S (t) подаються на входи балансного чи кільцевого модулятора. На виході модулятора формується балансно-модульований сигнал SБМ (t). Потім цей сигнал надходить в смугові фільтри ПФ1 і ПФ2. ПФ1 виділяє верхню бічну смугу SВБП (t), а ПФ2 нижню бічну смугу SНБП (t).
Метод фазування
Структурна електрична схема модулятора що реалізовуватиме даний метод представлена ​​на малюнку. При даному методі модулюючий сигнал u (t) і несучий коливання S (t) подаються на два модулятора, причому на модулятор М2 дані сигнали надходять із зсувом фази на 90 В°. Це зрушення здійснюється фазовращатель ФВ1 і ФВ2. На виході модуляторів формуються модульовані сигнали SАМ (t) і SАМ (t) *, що відрізняються один від одного зсувом фаз 90 В°. При додаванні цих сигналів формується сигнал верхньої бічної смуги, при вирахуванні (сигнал нижньої бічної смуги.
4 Формування частотно-модульованих сигналів
Формування ЧМ сигналів може проводитися за допомогою генераторів, в яких частота генерованих коливань залежить від модулюючого сигналу. Принципова електрична схема такого модулятора представлена ​​на малюнку. У представленому модуляторі управління частотою генератора здійснює варикап VD, до якого преложи зворотна напруга. Напруга модулюючого сигналу подається через первинну обмотку трансформатора Т. Ліва частина модулятора представляє LC-генератор з трансформаторній зворотної связьью, який генерує коливання з частотою:
де Се (еквівалентна ємність контуру.
Еквівалентна ємність контуру залежить від ємності С1 і ємності варикапа. У свою чергу ємність варикапів утворена ємністю залежить від напруги зсуву Сv0 і ємністю залежить від напруги модулюючого сигналу Cvu. Таким чином...
