3272 ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА С БАЗОВОЙ, ЭМИТТЕРНОЙ И КОЛЛЕКТОРНОЙ АМПЛИТУДНЫМИ МОДУЛЯЦИЯМИ

I. Цель работы

 

1. Ознакомление с методикой расчета и настройки транзисторного генератора с различными видами амплитудной модуляции (АМ).

2. Изучение характеристик модулируемого генератора.

3. Изучение влияния режима работы генератора на качественные показатели модуляции.

 

II. Пояснения к схеме установки

 

Исследуемый АМ генератор смонтирован в сменном блоке лабораторного макета. Схема его приведена на рис. 1. В ней предусмотрено осуществление амплитудной модуляции в цепи базы транзистора; в цепи эмиттера транзистора; в цепи коллектора транзистора (одинарной и двойной). Переход от одного способа модуляции к другому осуществляется клавишным переключателем S4, причем нажатой клавише «Э» на макете соответствует эмиттерная модуляция (одинарная); «Б» - базовая модуляция; «К» - коллекторная модуляция (одинарная). Для получения двойной коллекторной модуляции включается цепь R1, C2 включателем S1. Во всех случаях высокочастотное напряжение с частотой 4,2 МГц поступает в цепь базы («Вход ВЧ генератора») и измеряется вольтметром (Uw входа). Модулирующее напряжение в зависимости от способа модуляции поступает от звукового генератора (клеммы «Зв. генер.») через соответствующие модуляционные трансформаторы Т1-Т3 в необходимые цепи и измеряется в них вольтметром на зажимах, обозначенных «UWмод».

Схема макета выполнена так, что при нажатии соответствующей клавиши, например «Б», модулирующее напряжение отключается от первичных обмоток всех остальных трансформаторов (в данном случае от цепей эмиттера и коллектора), а вторичные цепи трансформаторов при этом замыкаются накоротко.

 

 

 

III. Краткие теоретические сведения

 

Амплитудная модуляция в генераторных или усилительных каскадах осуществляется путем подачи модулирующего напряжения на один или несколько электродов активного элемента.

В ламповых передатчиках используются:

- модуляция на управляющую сетку смещением,

- модуляция на защитную сетку,

- анодная модуляция и ее разновидности: анодно-экранная, автоанодная, двойная анодная, тройная анодная,

- усиление АМ колебаний или модуляция на управляющую сетку возбуждением.

 

 

 

 

В транзисторных передатчиках используются:

- базовая модуляция смещением,

- эмиттерная модуляция,

- коллекторная модуляция и ее разновидности: двойная и тройная коллекторная, автоколлекторная и др.,

- усиление АМ колебаний или базовая модуляция возбуждением.

Уравнение АМ колебаний, например первой гармоники коллекторного тока при модуляции гармоническим сигналом

UW = UmWcosWt, записывается следующим образом:

 

Iк1 = Imк1 (1 + m cosWt)sinwt,

 

где m - глубина модуляции,

W - частота модулирующего напряжения,

w - частота высокочастотных колебаний.


Форма колебаний при модуляции показана на рис. 2.

Рис. 2. Амплитудно-модулированные колебания

 

Качественные показатели генератора с АМ могут быть оценены с помощью следующих характеристик:

- частотной модуляционной, представляющей зависимость глубины модуляции m от частоты модуляционного сигнала W при постоянной амплитуде UmW (рис. 3);

амплитудной модуляционной, представляющей зависимость глубины модуляции m от амплитуды модулирующего сигнала UmW (рис. 4).

Рис. 4. Амплитудная модуляционная характеристика

а

б

Рис. 5. Статическая модуляционная характеристика при базовой (а) и коллекторной (б) модуляциях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика дает возможность судить о величине нелинейных искажений огибающей АМ сигнала:

- статической модуляционной, представляющей зависимость амплитуды первой гармоники коллекторного тока от модулирующего фактора, т.е. от постоянного напряжения на модулирующем электроде. На рис. 5 показаны статические модуляционные характеристики при базовой модуляции смещением и при коллекторной модуляции.

По статическим модуляционным характеристикам выбирают постоянное напряжение на модулируемом электроде в несущем режиме и пределы его изменения в процессе модуляции. Одно из основных требований, предъявляемых к генератору АМ, заключается в обеспечении высокой линейности статической модуляционной характеристики. Различным видам модуляции соответствует и различная степень линейности этой характеристики.

Нелинейные искажения при модуляции на базу смещением оказываются заметно большими, чем при других видах модуляции, когда значения коэффициента модуляции приближаются к 1. В то же время комбинированные методы коллекторной модуляции, в частности двойная коллекторная модуляция, которая обеспечивается применением в модулируемом каскаде автоматического базового смещения, позволяют повысить линейность статической модуляционной характеристики и улучшить энергетические показатели передатчиков. В некоторых случаях для повышения линейности модуляции используется отрицательная обратная связь или формируются обратные искажения в последующих каскадах усиления модулированных колебаний.

В лабораторной работе исследуются два способа модуляции: на базу смещением и на коллектор (принципиальная схема АМ генератора приведена на рис. 1).

Базовая модуляция осуществляется в недонапряженном режиме при работе генератора с отсечкой коллекторного тока путем подачи модулирующего напряжения на базу транзистора. Полное напряжение на базе запишется так:

eб = Eбнес + Umбcoswt + UmWбcosWt.

Мощность, потребляемая от возбудителя, имеет величину

Р~б = 1/2 Imб1 Umб и определяется в максимальном режиме.

 

Мощность, потребляемая от модулятора, невелика, значительно меньше, чем при других способах модуляции:

PWб= 1/2 ImWбUmWб.

При подаче модулирующего сигнала в эмиттерную цепь мощность, потребляемая от модулятора, возрастает.

Коллекторной цепи при модуляции свойственны следующие соотношения:

- для токов и напряжений:

Iкo mах = Iко нес (1 + m),                         Umк мах = Umк нес (1 + m),

Imк1 мах = Imк1 нес (1 + m),                    Eк мах = Eк нес =ек доп /1+ e=ек доп /2;

- для мощностей и КПД:

P~max = P~нес (1 + m)2,                           P~ср= P~нес (1 + m2 /2),

Po mах = Pо нес (1 + m)2,                          Pо ср = Pо нес ,

hmах= hнес (1 + m),                                  hср = hнес (1 + m2 /2).

 

Экономичность генераторного каскада характеризуется средним значением КПД hср , которое при mср~ 0,3 близко к значению КПД в несущем режиме и составляет 0,3-0,35.

Номинальная мощность транзистора при базовой модуляции не должна быть меньше мощности максимального режима:

P~ ном > P~mах .

Коллекторная модуляция осуществляется в перенапряженном режиме путем подачи модулирующего напряжения на коллектор транзистора.

Постоянное напряжение на коллекторе и постоянная составляющая коллекторного тока при модуляции имеют вид:

Eк = Eк нес + UmW cos Wt = Eк нес (1+ mcos Wt),

Iко = Iко нес + ImW соsW t = Iко нес (1 + m cos Wt).

Отсюда видно, что в несущем режиме

Eк нес = Ek max / 1+m = ek доп / (1+e)(1+m) = ek доп /4.

Мощность, потребляемая от модулятора:

PW = 1/2 ImW UmW = m2/2 Po нес.

Эта мощность существенно больше, чем при базовой или эмиттерной модуляции.

Кроме того, коллекторной цепи свойственны следующие соотношения мощностей и КПД:

P~ max = P~нес (1 + m)2,                 P~ ср = P~нес (1 + m2/2),

Po mах = Pо нес (1 + m)2,                Pо ср = Pо нес (1 + m2/2),

hmах = hнес ,                                  hср = hmах = hнес .

КПД не изменяется в процессе модуляции и остается равным КПД максимального режима, т.е. 0,6-0,7. Однако следует учитывать, что на общий КПД передатчика заметно влияет КПД модулятора, мощность которого соизмерима с мощностью модулируемого каскада. В однотактных модуляторах возможна работа лишь в классе А.

Такой режим характеризуется значениями КПД порядка 10-20 % и приемлем только в маломощных передатчиках. В мощных передатчиках целесообразно использовать двухтактные модуляторы с отсечкой коллекторного (или анодного) тока, КПД которых существенно выше и может достигать 60-70 %.

Номинальная мощность транзистора, так же как и при базовой модуляции, не должна быть меньше мощности максимального режима:          P~ном>P~max.

Отличительной особенностью анодной модуляции в ламповых передатчиках является возможность подачи на анод в несущем режиме постоянного напряжения, равного номинальному: Eа = Eа ном . Это позволяет в максимальном режиме получить от лампы мощность, превышающую номинальную мощность в 1+m раз. Поэтому при анодной модуляции лампа выбирается с номинальной мощностью

P~ ном = P~max /1 + m.

Другой особенностью анодной модуляции является возможность использования в модулируемом каскаде лампового передатчика тетродов и пентодов. В этом случае модулирующее напряжение должно подаваться одновременно на анод и экранную сетку. Подача модулирующего напряжения только на анод приводит к значительному возрастанию тока экранной сетки и выходу лампы из строя.

Более подробно с различными способами амплитудной модуляции можно ознакомиться в соответствующих разделах учебной литературы по радиопередающим устройствам.



 
стабилизатор напряжения Энергия. уровню звукового сигнала