Лекция 7. Частотная модуляция. Фазовая модуляция. Импульсная модуляция. Общие сведения о детектировании
Содержание лекции:
- частотный и фазовый модуляторы. Импульсная модуляция. Общие сведения о детектировании.
Цель лекции:
- Получение часто-модулированных и фазо-модулированных сигналов. Изучение импульсно-модулированных сигналов.
Для получения частотной модуляции нужно, чтобы частота колебаний автогенератора изменялась под действием первичного сигнала uΩ. На рисунке 7.1 приведена схема автогенератора (обведена пунктирной линией),
Рисунок 7.1
вырабатывающего синусоидальное напряжение u=Ucosωtс частотой ω, приблизительно равной резонансной частоте контура ω0. Следовательно, изменение частоты генерируемых колебаний может быть достигнуто изменением емкости или индуктивности контура. Для осуществления частотной модуляции параллельно контуру генератора подключают параметрический элемент—реактивное управляемое сопротивление Xy(t),величина которого изменяется под воздействием модулирующего сигнала: Xy(t)=Φ(uΩ).
В рассмотренных случаях изменение частоты колебаний происходит пропорционально изменениям емкости или индуктивности. Если емкость или индуктивность изменяютсяпропорциональнопервичному сигналу и притом в небольшихпределах, изменение частоты также пропорционально uΩ,т. е. частотная модуляция будетнеискаженной.
В качестве управляемого сопротивления в транзисторных генераторах обычно используют варикапы, подключаемые к генератору, как показано на рисунке 7.1. На варикап В подается смещение Eсм и модулирующее напряжение uΩ.Остальные элементы на рисунке 7.1 имеют вспомогательное значение: емкость Cpбольшей величины разделяют цепи питания генератора и варикапа по постоянному току, позволяя в каждой из них установить нужные напряжения; добавочное сопротивление RДвеличиной порядка сотен килоом включается для того, чтобы источник смещения и вторичная обмотка трансформатора не шунтировали контур генератора.
|
|
|
Следовательно, емкость варикапа изменяется с частотой Ω и ее гармоник; кроме того, изменяется и ее среднее значение.
Если емкость контура состоит только из емкости варикапа (С0=Св0), то модуляционная характеристика автогенератора с варикапом - зависимости отклонения частоты генератора от изменения напряжения ∆u на варикапе. Поскольку эта зависимость нелинейная, ЧМ, возникающая при воздействии низкочастотного модулирующего напряжения, должна сопровождаться искажениями (изменением частоты генерации с частотами 2Ω, 3Ω, ...) и сдвигом средней частоты. Увеличение девиации частоты сопровождается увеличением искажений и сдвига средней частоты.
Для осуществления фазовой модуляции (ФМ) нужно иметь устройство, на выходе которого фаза колебаний изменяется пропорционально модулирующему сигналу. Для этого можно использовать те же самые управляемые реактивные сопротивления Xy(t).Однако подключать их нужно к контуру усилителя, а не генератора, как это имело место в случае ЧМ. Такая схема показана на рисунке 7.2.
|
|
|
Будем считать, что напряжение на входе усилителя uвх=UBXcosω1t,и первая гармоника тока ik1 синфазна с напряжением uвх. Изменение резонансной частоты контура с помощью реактивного управляемого сопротивления Xyвызывает изменение амплитуды и фазы напряжения на контуре. Их величины при заданном токе ik1определяются по частотной и фазовой характеристикам контура. Частота же колебаний в стационарном режиме при любой настройке контура равна частоте ω1входного сигнала.
На рисунке 7.3 построены частотные Z(ω) и фазовые ф(ω) характеристики контура для трех значений резонансной частоты ω01<ω1; ω02=ω1 и ω03>ω1. На рисунке 7.4 для этих же трех случаев построены векторные диаграммы. При любой настройке контура сдвиг фаз напряжения на контуре 
по отношению к току 
определяется ординатой фазовой характеристики на частоте ω1, а эквивалентное сопротивление — ординатой частотной характеристики на частоте ω1. Если резонансная частота контура медленно изменяется под действием управляющего сигнала от ω01 до ω03 и обратно, фаза выходного напряжения (напряжения на контуре) меняется между φ΄1 и φ΄3, т. е. имеет место ФМ напряжения на контуре. Одновременно в результате изменения эквивалентного сопротивления контура для частоты ω1возникает паразитная AM.
|
|
|
Рисунок 7.4
Уравнение фазовой характеристики контура с добротностью Qдля небольших расстроек ∆ω имеет вид
(7.1)
где ∆ω= ω1−ω0.
Если ∆ω изменяется пропорционально модулирующему сигналу uΩ, то неискаженная ФМ имеет место, когда изменение φ пропорционально ∆ω, т.е. на линейном участке фазовой характеристики (7.1), где tgφ=φ.Это справедливо лишь для небольших индексов модуляции, не превышающих 20—30°.
Обратимся к способам формирования ИМ колебаний(см. рисунок 7.5). Первичная АИМ может осуществляться теми же методами, что и AM. Так, можно использовать схему базовой модуляции (см. рисунок 5.3), вводя вместо напряжения u1последовательность импульсов и применяя в качестве нагрузки резистор вместо контура.
|
|
|
Простейший способ формирования ШИМ и ФИМ, имеющих более широкое распространение, поясняется графиками рис. 7.5. Если сложить модулирующее напряжение (а) с периодической последовательностью треугольных импульсов (б) и их сумму (в) пропустить через двусторонний ограничитель, на выходе последнего получим трапецеидальные импульсы ШИМ (г). Крутизна фронтов импульсов зависит от соотношения амплитуды и ширины импульсов. Если пропустить полученный сигнал (г) через дифференцирующее устройство (д), а затем через ограничитель по минимуму с нулевым уровнем ограничения, получим сигнал ФИМ (е), сдвиг импульсов которого относительно центров треугольных импульсов (б) окажется пропорциональным модулирующему сигналу. Импульсные модуляторы выполняются на транзисторах и диодах.
Детектированиепредставляет собой процесс, обратный модуляции. При модуляции один из параметров высокочастотного переносчика изменяется пропорционально первичному сигналу. Детектирование заключается в восстановлении того первичного сигнала, которым производилась модуляция. Детектирование считается неискаженным, если напряжение на выходе детектора повторяет закон изменения параметра модулированного колебания (амплитуды в случае AM, частоты в случае ЧМ, фазы в случае ФМ).
Поскольку в спектре модулированного колебания содержатся только высокочастотные компоненты (несущая и боковые частоты), а результатом детектирования является получение низкочастотных колебаний, линейные цепи для детектирования непригодны. В большинстве случаев детекторы являются устройствами нелинейными, реже — параметрическими.
На рисунке 7.6 приведена обобщенная схема детектора, состоящая из двух элементов: а) нелинейного (НП) или параметрического (ПП) преобразователя, в выходном токе которого при воздействии на вход гармонического напряжения uBX=Ucos(ωt+φ) появляется постоянная составляющая I΄0, б) фильтра нижних частот ФНЧ, предотвращающего прохождение на выход детектора высокочастотных составляющих. Требование к преобразователям заключается в том, что величина I΄0 должна зависеть:
¾ в детекторе AMсигналов от U;
¾ в детекторе ЧМ сигналов от ω;
¾ в детекторе ФМ сигналов от φ.
Рисунок 7.6
При подаче на вход модулированного колебания, один из параметров которого меняется с низкой частотой, постоянная составляющая тока I΄0на выходе соответствующего детектора также будет изменяться с низкой частотой, и это колебание после ФНЧ выделится на выходе детектора. Для неискаженного детектирования необходимо, чтобы компонента тока I΄0изменялась пропорционально модулируемому параметру (U,ω или φ). В связи с этим важнейшими характеристиками детекторов являются характеристики детектирования, под которыми подразумеваются зависимости I΄0от Uв амплитудных, от ω в частотных и от φ в фазовых детекторах.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 527; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!