Построение амплитудных модуляторов

Амплитудный модулятор является типовым ФУ с двумя входами (для модулирующего сигнала и несущего колебания), на выходе которого получается АМ сигнал (рис. 3.14).

Поскольку в спектре АМ сигнала должны быть новые спектральные компоненты (боковые полосы), которых нет во входных сигналах, что схемотехническое решение амплитудного модулятора следует искать в классе параметрических или нелинейных цепей.

Параметрическая реализация амплитудного модулятора непосредственно вытекает из выражения АМ сигнала (3.1), если его рассматривать как алгоритм обработки модулирующего и несущего сигналов (рис.3.15).

+ E0   С L Ср   i VT uвых e1 e2 Есм uвх     Рис. 3.16. Амплитудный модулятор

Для построения амплитудного модулятора на нелинейной основе воспользуемся структурой обобщённого нелинейного преобразователя (рис. 3.4). В качестве БНП используем полевой транзистор, а в качестве ЛП – простейший полосовой фильтр – колебательный LC контур. В результате получим схему, изображённую на рис. 3.16. В ней генераторы е₁ и е₂ служат источниками несущего и модулирующего сигналов, источник напряжения смещения Е_см позволяет устанавливать оптимальный режим работы модулятора.

Выходной ток i транзистора VT, который должен работать в нелинейном режиме, обогащается новыми спектральными компонентами, среди которых кроме полезных (боковых – комбинационных колебаний суммарной и разностной частот е₁ и е₂) много побочных (помех). Последние устраняются из спектра выходного напряжения u_вых благодаря избирательной нагрузке – LC контуру, настроенному на несущую частоту . Полоса пропускания контура выбирается из компромиссных соображений. С одной стороны, необходимо обеспечить неравенство во избежание заметных линейных искажений огибающей спектра боковых полос при преобразовании тока i в выходное напряжение u_вых. C другой стороны, чем меньше , тем больше степень подавления спектра модулирующего сигнала и побочных продуктов нелинейного преобразования (модулированных гар-моник несущей частоты). Оба этих требования легко обеспечить, если , что обычно выполняется на практике.

Для определения оптимального режима модулятора пользуются статической модуляционной характеристикой (СМХ)

при , е₂ = 0,

где I₁ – амплитуда первой гармоники тока частоты ,

– амплитуда несущего колебания на входе модулятора.

СМХ можно рассчитать или снять экспериментально. Типичный вид СМХ при модуляции смещением приведён на рис. 3.17. Для предотвращения заметных нелинейных искажений огибающей АМ сигнала необходимо выбирать достаточно линейный участок СМХ в качестве рабочего, а рабочую точку ( ) располагать в его середине. Из рисунка видно, что чем больше рабочий участок, тем более глубокая получается модуляция, но и тем больше нелинейные искажения. По СМХ легко определить параметры оптимального режима модулятора:

- оптимальное напряжение смещения ,

- максимальную амплитуду модулирующего сигнала Е_{W макс},

- среднюю амплитуду первой гармоники тока I_{1 ср},

- максимальное изменение амплитуды первой гармоники тока DI₁,

- оптимальный коэффициент модуляции .