Амплитудная модуляция

Управление амплитудой высокочастотных колебаний называется амплитудной модуляцией /АМ/.

В процессе АМ происходит изменение амплитуды напряжения несущей частоты в соответствии с законом изменения модулирующей частоты (w >>W).

Уравнение модулированных по амплитуде колебаний имеет вид:

, (6.6)

где m - коэффициент глубины модуляции,

Уравнению (6.6) соответствует временное представление АМ колебаний, изображенное на рис.6.5.

.

Путем простых тригонометрических преобразований уравнение (6.6) может быть представлено в виде:

. (6.7)

Из этого уравнения следует, что модулированное по амплитуде гармоническим током частоты W колебание высокой частоты представляет собой сумму 3-х колебаний. Спектральная составляющая частоты w имеют амплитуду U_m и называется колебанием несущей частоты, а составляющие частот w+W и w-W имеют амплитуду и называются колебаниями верхней и нижней боковых частот.

Уравнению (6.7) соответствует спектраль-ное представление модулированных колеба-ний, изображенное графически на рис. 6.6.

При модуля-ции высокочастот-ных колебаний сложным сигналом возникают верхняя и нижняя боковые полосы частот (рис.6.7). Ширина спектра АМ колебания опреде-ляется наивысшим значением частоты модулирующего сигнала и равна 2W _max.

Практически амплитудная модуляция может осуществляться действием высокочастотного модулирующего напряжения на нелинейный элемент (рис. 6.7б) либо на специальный усилитель высокочастотных колебаний, называемый модулируемым усилителем.

Предположим, что к нелинейному элементу (полупроводниковый диод) приложено напряжение несущей частоты u=U_1msinwt, а также и модулирующее напряжение u₂=U_2mcosWt. Рассмотрим процесс АМ с помощью нелинейного элемента с характеристикой, описываемой полиномом 2-ой степени.

В этом случае суммарное напряжение u=u₁+u₂ воздействует на нелинейный элемент, и ток, протекающий через элемент, определится соотношением:

(6.8)

Т.к. нагрузкой является колебательный контур, он выделяет из нескольких составляющих тока, протекающего через нелинейный элемент те, которые выражаются слагаемыми со множителем w:

,

, (6.9)

где - амплитуда первой гармоники тока;

- коэффициент модуляции.

Напряжение на контуре u _к определится произведением тока первой гармоники i ₁ и сопротивления контура R _вх для этой гармоники:

, (6.10)

где .

1. АМ возможна, если характеристика нелинейного элемента описывается полиномом 2-ой степени (квадратичная характеристика).

2. Спектр АМ колебаний получается за счет умножения двух функций 1+ m cos Wt и sin wt. Следовательно, процесс АМ заключается в перемножении входных напряжений, имеющих несущую частоту w и частоту модулирующего сигнала W.

Этот эффект дает квадратичный член a ₂ u ² характеристики нелинейного элемента.

3. В спектре тока, протекающего через нелинейный элемент, содержится много составляющих. Число их зависит от числа членов в аппроксимирующем полиноме. Поэтому нагрузкой должен быть фильтр (колебательный контур) с полосой пропускания, равной ширине спектра АМ колебания.

Ограничивая рабочую область характеристики ее нижним изгибом (квадратичный участок), нельзя получить большую колебательную мощность и высокий КПД. Более выгодные энергетические соотношения получаются, если нелинейный элемент работает с отсечкой выходного тока.

На практике в качестве нелинейных элементов обычно используют не диоды, а лампы и транзисторы. Модулируемое высокочастотное напряжение подают во входную цепь транзистора, а модулирующий сигнал в цепь базы коллектора (соответственно базовая или коллекторная модуляция).

Поиск по сайту: