Вольт-амперная характеристика (ВАХ) биполярного транзистора амплитудного модулятора аппроксимирована выражением:
гдеiк, мА - ток коллектора транзистора,
S, мА/В - крутизна характеристики,
Uб, В - напряжение на базе транзистора,
Uо, В - напряжение отсечки,
Um, В - амплитуда входного высокочастотного сигнала.
Требуется:
Объяснить назначение модуляции, несущей и описать различные виды модуляции.
Изобразить схему транзисторного амплитудного модулятора, пояснить принцип ее работы и назначение ее элементов.
Дать понятие статической модуляционной характеристики (СМХ). Рассчитать и построить (СМХ) при заданных S, u0 и значении амплитуды входного высокочастотного напряжения Um.
C помощью статической модуляционной характеристики определить оптимальное смещение E0 и допустимую величину амплитуды U модулирующего напряжения Ucost, соответствующие неискаженной модуляции.
Рассчитать коэффициент модуляции mАМ для выбранного режима. Построить спектр и временную диаграмму АМ-сигнала.
На входе детектора действует амплитудно-модулированное колебание
UАМ(t) = Um [1 + mАМ cos(2Ft)]cos(2f0t)
Требуется:
Пояснить назначение детектирования модулированных колебаний. Изобразить схему диодного детектора и описать принцип ее работы.
Рассчитать необходимое значение сопротивления нагрузки детектора RН для получения заданного значения коэффициента передачи детектора kД.
Выбрать значение емкости нагрузки детектора CН при заданных f0 и F.
Рассчитать и построить спектры напряжений на входе и выходе детектора. Значения S, mAM и kД даны в таблице 2, а значения Um, F и f0 – в таблице 2.
Таблица 2 – Исходные данные 2
Показатель Значение
S, мА/В 35
mАМ 0,85
kд 0,7
Um, B (по последней цифре) 1,2
f0, кГц (по последней цифре) 5
F, кГц (по последней цифре) 5
Решение
Объяснить назначение модуляции, несущей
Модуляцией называется физический процесс воздействия на несущее (высокочастотное) колебание с целью сообщения ему информации о передаваемом сообщении (“погрузке сигнала”).
Суть модуляции состоит в изменении одного из параметров несущего колебания пропорционально величине передаваемого сообщения. Особенностью модуляции является соотношение для частот:
0 >> В(1.1)
где0 - частота несущего колебания;
В - высшая частота для модулирующего сообщения.
Амплитудная модуляция (АМ)
При АМ изменяемым параметром является амплитуда высокочастотного (ВЧ) колебания. В случае АМ одним тоном с частотой получается известное выражение:
(1.2)
где0 mАМ 1 - коэффициент модуляции;
0 - фаза несущего колебания.
Частотная и фазовая модуляция (ЧМ и ФМ)
При ЧМ изменяемым параметром является частота, при ФМ - фаза несущего колебания. При модуляции одним тоном частоты или фазы несущего колебания (оба эти вида модуляции в силу их малого различия именуются угловой модуляцией) имеем сигнал частотной и фазовой модуляции следующего вида:
UЧМ,ФМ(t) = Umcos(0t + mЧ,Фcost + 0)(1.3)
гдепри частотной модуляции:
mЧ = / - индекс частотной модуляции;
- девиация частоты.
при фазовой модуляции:
mФ = ;
- девиация фазы.
Если несущему колебанию придать вид последовательности импульсов (при этом их длительность значительно меньше пауз между импульсами), то появляется новый класс видов модуляции. Здесь можно модулировать временное положение импульсов, их длительность, частоту следования, амплитуду и другие параметры.
Кроме того, если в спектре АМ сигнала подавить несущую и одну из двух боковых полос сигнала, то оставшаяся боковая полоса позволяет осуществить связь по способу однополосной модуляции (ОМ). Сигнал ОМ позволяет уменьшить занимаемую полосу частот канала связи, увеличить мощность сигнала и уменьшить уровень шумов приемника.
Схема транзисторного амплитудного модулятора имеет вид:
Рисунок 1.1 - Схема транзисторного амплитудного модулятора
Назначение элементов схемы:
Еп - напряжение питания каскада модулятора,
VT - усилительный, нелинейный элемент схемы (транзистор),
Uсм - напряжение смещения каскада, задающее его рабочую точку,
Uнес - напряжение несущего высокочастотного колебания,
Uмод - модулирующее низкочастотное напряжение сигнала,
Тр1, Тр2 - разделительные трансформаторы ВЧ и НЧ колебаний, несущего и модулирующего напряжений,
Сш - конденсатор, шунтирующий (то есть закорачивающий) трансформатор Тр2 для токов ВЧ - несущей,
L, C - индуктивность и емкость колебательного контура, выделяющего первую гармонику коллекторного тока, то есть настроенного на ее частоту,
Ср - разделительный конденсатор, пропускающий на выход схемы выходной модулированный ВЧ сигнал Uвых и не пропускающий постоянную составляющую коллекторного напряжения транзистора,
Сп, Ссм - конденсаторы фильтров цепей питания всей схемы и базовой цепи смещения, служат для уменьшения выходного сопротивления источников питания и устранения паразитного влияния индуктивности соответствующих подводящих проводов.
Принцип работы схемы:
На базу транзистора VT подается ВЧ сигнал, несущей Uнес, смещенной на величину Uсм + Uмод, благодаря чему транзистор VT открывается импульсами базового тока с изменяющимися углами отсечки в соответствии с напряжением смещения Uсм + Uмод
. В коллекторной цепи транзистора возникают импульсы тока с частотой несущей, промодулированные по амплитуде модулирующим напряжением. Колебательный контур LC выделяет из импульсов коллекторного тока первую гармонику - модулированный высокочастотный сигнал, который через разделительную емкость Ср попадает на выход каскада.
Статическая модуляционная характеристика (СМХ)
Статической модуляционной характеристикой (СМХ) называется зависимость амплитуды первой гармоники несущего колебания на выходе модулятора от напряжения смещения при постоянной амплитуде входного высокочастотного колебания.
При подаче смещения на вход схемы модулятора Uсм = Е и высокочастотного колебания несущей Uнес(t) = Umcos(0t), к базе транзистора будет приложено напряжение:
U(t)=Uсм+Umcosω0t=E+Umcosω0t(1.4)
Получаем условие отсечки базового тока:
U(t)=E+Umcosω0t=U0(1.5)
Откуда находим угол отсечки:
θ=ω0t=arccosU0-EUm(1.6)
По заданной ВАХ транзистора находим максимальный коллекторный ток:
IE+Um-U0k.max(1.7)
Первую гармонику коллекторного (выходного) тока I1(E) находим с помощью функции Берга:
α1(θ)=θ-sin(θ)*cos(θ)π 1-cos(θ)(1.8)
Получаем:
I1(E)=α1(θ)⋅Iкmax (E)(1.9)
По формулам (1.6) - (1.9) задаваясь значениями Е вычисляются соответствующие значения , 1() и I1(E), результаты расчетов сведены в таблицу 1.1.
Таблица 1.1 – Результаты расчета СМХ
E, В (E), рад 1(E), рад Ik(E), мА I1(E), мА
0,28 0,702 0,281 12,35 3,475
0,365 0,916 0,353 20,425 7,202
0,45 1,099 0,405 28,5 11,549
0,535 1,266 0,446 36,575 16,306
0,62 1,425 0,477 44,65 21,315
0,705 1,580 0,501 52,725 26,441
0,79 1,735 0,519 60,8 31,560
0,875 1,895 0,531 68,875 36,546
0,96 2,063 0,536 76,95 41,263
1,045 2,249 0,536 85,025 45,550
1,13 2,468 0,528 93,1 49,186
СМХ - зависимость первой гармоники коллекторного тока от напряжения смещения I1 = I1(E)
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
