9.12. Угловая модуляция в автогенераторе

В автогенераторах, работающих на частотах не выше нескольких десятков мегагерц, широко используются методы угловой модуляции, основанные на прямом изменении резонансной частоты колебательной цепи генератора изменением емкости или индуктивности контура. Так как резонансная частота колебательного контура непосредственно определяет частоту генерации, то под угловой модуляцией в автогенераторе будем подразумевать частотную модуляцию.

Существует ряд способов управления резонансной частотой колебательной цепи: электронные, электромагнитные и др. Выбор того или иного способа зависит от основных параметров модуляции: относительного изменения частоты Δω/ω_р и скорости изменения частоты. Последний параметр характеризуется спектром модулирующего сигнала. При медленной модуляции (низкие частоты) широко применяются такие способы, как изменение индуктивности катушки путем изменения тока, подмагничивающего сердечник катушки, и др. Если спектр сообщения содержит относительно высокие частоты, то приходится прибегать к безынерционным способам управления емкостью или индуктивностью контура.

Широко распространенным способом электронного управления резонансной частотой колебательного контура является подключение к контуру варикапа - полупроводникового диода (р-n-переход), емкость которого зависит от напряжения, приложенного в направлении запирания перехода. Упрощенная схема автогенератора с варикапом изображена на рис. 9.35, а. Разделительный конденсатор С_р преграждает путь в контур постоянному току от источника э. д. с. Е₀, используемого для установления рабочей точки на вольт-фарадной характеристике варикапа. Конденсатор С_р необходим также для устранения короткого замыкания источника модулирующего сигнала е_Ω(t) на относительно небольшую индуктивность L_к контура. Блокировочный дроссель L_др преграждает путь высокочастотному току от автогенератора в источник э. д. с. е_Ω(t).

Рис. 9.35. Автогенератор с частотной модуляцией при помощи варикапа (а) и схема замещения колебательной цепи (б)

На схеме замещения колебательной цепи автогенератора (рис. 9.35, б) С₀ обозначает среднюю емкость варикапа [в отсутствие модулирующего напряжения е_Ω(t)], а ΔС(t) - вариацию емкости, пропорциональную напряжению е_Ω(t). Сопротивление перехода обозначено R, а объемное сопротивление толщи полупроводника - r.

При заданных значениях средней частоты ω₀ и частотного отклонения Δω требуемое изменение емкости ΔС нетрудно найти с помощью очевидных соотношений

где - средняя емкость контура.

Разделив последнее выражение на ω₀, получим

откуда

В общем случае требуемое относительное изменение емкости связано с заданным относительным изменением частоты нелинейной зависимостью (9.69). Однако необходимость использования этого соотношения возникает лишь при очень глубокой частотной модуляции. В ряде применений частотной модуляции относительное изменение частоты весьма невелико. Например, при передаче речи и музыки на УКВ величина Δω/ω₀ не превышает нескольких долей процента. В подобных случаях выражение (9.69) можно упростить, если пренебрегать величиной Δω/ω₀ по сравнению с единицей:

Таким образом, при малых относительных изменениях Δω и ΔС связаны линейными соотношениями и для получения линейной частотной модуляции емкость нужно изменять по закону функции е_Ω(t).

Недостатком варикапа как частотного модулятора является зависимость сопротивления перехода R (рис. 9.35, б) от амплитуды внешнего напряжения. При относительно глубокой частотной модуляции, требующей значительных амплитуд модулирующего напряжения, эта зависимость приводит к существенному изменению вносимого в контур автогенератора затухания и в конечном счете к паразитной амплитудной модуляции.