8.12. Получение амплитудно-модулированных колебаний

В § 8.4 указывалось, что при воздействии на нелинейный резистивный элемент с квадратичной характеристикой двух гармонических колебаний с частотами ω₁ и ω₂, отвечающими условию ω₁ << ω₂, в спектре тока среди других спектральных составляющих можно выделить три частоты ω₂, ω₂ + ω₁ и ω₂ - ω₁, образующие спектр амплитудно-модулированного колебания.

В генераторах и передатчиках важным требованием обычно является получение большой мощности колебания при хорошем к. п. д. Ясно, что квадратичный режим работы нелинейного элемента этому требованию не отвечает. Для улучшения энергетических показателей модуляции резистивный нелинейный элемент должен работать в существенно нелинейном режиме, с отсечкой тока. Поэтому модуляция амплитуды высокочастотного колебания сводится к воздействию на нелинейный резонансный усилитель. Структурная схема устройства для получения амплитудно-модулированных колебаний представлена на рис. 8.44.

Рис. 8.44. Структурная схема устройства для получения АМ колебания

На вход нелинейного резонансного усилителя, работающего с отсечкой тока, подается несущее колебание с частотой ω₀ от независимого источника (автогенератора). Модулирующее колебание (сообщение) s(t), спектр которого расположен в области частот, низких по сравнению с ω₀, изменяет положение рабочей точки на вольт-амперной характеристике нелинейного элемента и тем самым осуществляет изменение амплитуды на выходе.

Одна из возможных схем подачи модулирующего колебания s(t) к резонансному (транзисторному) усилителю показана на рис. 8.45. Конденсатор C_б в цепи база - эмиттер защищает низкочастотную цепь от токов высокой частоты.

Рис. 8.45. Принципиальная схема к рис. 8.44

Режим работы нелинейного усилителя при модуляции поясняется рис. 8.46, а, построенным для случая тональной модуляции (s(t) - гармоническая функция с частотой Ω).

Рис. 8.46. Режим работы нелинейного резонансного усилителя при амплитудной модуляции

Так как ток коллектора i_к = βi_б, то амплитуда напряжения на колебательном контуре, создаваемого первой гармоникой коллекторного тока, будет

От рассмотренного в § 8.3 построения (рис. 8.10) отличие заключается в зависимости амплитуды импульсов тока I_m (рис. 8.46, б) от модулирующего напряжения е_Ω(t). Это приводит к изменению амплитуды первой гармоники тока и, следовательно, к изменению амплитуды напряжения на колебательном контуре усилителя. Модулированный по амплитуде ток основной частоты ω₀ показан на рис. 8.46, в. Штриховой линией обозначено изменение I₁ - амплитуды первой гармоники тока, из При правильном выборе амплитуды модулирующего напряжения изменение амплитуды импульсов ΔI_m относительно исходного значения I_m0 связано с е_Ω линейным соотношением

где k_ам - постоянный коэффициент.

Так как изменение е_Ω (при постоянной амплитуде Е высокочастотного колебания) сопровождается изменением угла отсечки θ, то амплитуда первой гармоники коллекторного тока [см. формулу (8.24)]

Здесь I₁₀ - амплитуда несущего колебания. Произведение k_ам × α₁(θ)e_Ω изменяется по закону, отличающемуся от закона изменения модулирующего напряжения. Отсюда видно, что при модуляции смещением неизбежны искажения: закон изменения I₁ отличается от формы напряжения е_Ω. Искажения могут быть достаточно малыми при правильном выборе пределов изменения угла отсечки и работе с неслишком глубокой модуляцией (40-50%).