Лабараторные работы по генерированию

Лабораторнаяработа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕВЛИЯНИЯ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХФАКТОРОВ НАСТАБИЛЬНОСТЬКОЛЕБАНИЙАВТОГЕНЕРАТОРОВС

ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙИ КВАРЦЕВОЙСТАБИЛИЗАЦИЕЙ

Цельработы

1. Научитьсяисследоватьи анализироватьработу автогенераторовс параметрическойи кварцевойстабилизацией.

2. Оценитьвлияние дестабилизирующихфакторов наработу автогенераторов.

Содержаниеработы

1. Изучениефизическихпроцессов всхемах автогенераторовс параметрическойи кварцевойстабилизациейчастоты.

2. Изучениепринципиальнойсхемы лабораторнойустановки набазе радиостанции"Карат".

3. Исследованиевлияния дестабилизирующихфакторов начастотуавтогенераторас параметрическойстабилизацией.

4. Исследованиевлияния дестабилизирующихфакторов начастоту автогенераторас кварцевойстабилизацией.

Рис.1. Принципиальнаясхема лабораторнойустановки поисследованиювлияния дестабилизирующихфакторов наработу автогенераторов

Описаниелабораторнойустановки

Лабораторнаяустановкавыполнена набазе типовойкоротковолновойрадиостанции"Карат" и позволяетпровестиисследованиеавтогенераторовс параметрическойи кварцевойстабилизациейчастоты. В качествеизмерителячастоты автогенератораслужит цифровойчастотомерЧ3-34. Пульт управлениялабораторнойустановкойпозволяетосуществлятьнеобходимыепереключенияи регулировки,а также регулировкупитающегоавтогенераторнапряжения.

Порядоквыполненияработы

Изучатьпринципиальнуюсхему лабораторнойустановки.

Проанализироватьработу автогенераторовс параметрическойи кварцевойстабилизациейчастоты колебаний(в соответствиис приложением1).

Проанализироватьпорядок снятияхарактеристикавтогенератора(в соответствиис рис.2).

Р

ис.2. Структурнаясхема установкипо исследованиювлияния дестабилизирующихфакторов наработу автогенераторов

4. Исследоватьвлияние дестабилизирующихфакторов начастоту автогенераторас параметрическойстабилизацией,для чего:

а) подготовитьк работе электронно-счетныйчастотомер(режим ручногосчета);

б) включитьустановку,переключательОПГ - ОКГ в положение" ОПГ ";

в) установитьвеличину напряженияпитанияU_пит= 10 В;

г) измеритьуход частотыавтогенератора,для чего:

быстро замеритьчастоту с помощьючастотомера,записать показаниячастотомераf₀ и время t;

произвестипоследующиеизмерениячастоты черезкаждую минутув течение 10 минут;

д) данныеизмерений ивычисленийзанести в табл.1;

е) поданным табл.1 построитьграфик зависимостиΔf/ f₀=φ(t)

Таблица 1.1

t , мин	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
f0, кГц	150,15	150,19	150,21	150,24	150,22	150,23	150,23	150,24	150,23	150,23
Δf / f0	-0,000999	-0,0013	-0,0014	-0,0016	-0,0015	-0,0015	-0,0015	-0,0016	-0,0015	-0,0015

Таблица 1.2

t , мин	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
f0,кГц	150,01	150,02	150,02	150,024	150,029	150,02	150,018	150,018	150,018	150,02
Δf / f0	-0,000066662	-0,000133316	-0,000133316	-0,000159974	-0,000193296	-0,000133316	-0,000119986	-0,000119986	-0,000119986	-0,000133316

5.Исследоватьзависимостьчастоты отизмерениянапряженияпитания, длячего:

а) установитьU_пит= 10 В;

б) уменьшаячерез IBнапряжениепитания, измеритьчастоту генерируемыхколебаний;

в) данныеизмеренийзанести в табл.2.

г) подавним табл.2 построитьграфик зависимостиΔf/ f₀= φ(U_пит).

Таблица 2.2

UПИТ,В	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
f0,кГц	150,15	150,23	150,25	150,27	150,27	150,28	150,28	Срывгенерации (нефункц.)
Δf/ f0	0,000999001	0,001530986	0,001663894	0,001796766	0,001796766	0,001863189	0,001863189

Таблица 2.2

UПИТ,В	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
f0,кГц	150,01	150,02	150,02	150,025	150,02	150,02	150,025	Срывгенерации (нефункц.)
Δf/ f0	0,000066662	0,000133316	0,000166639	0,000133316	0,000133316	0,000166639	0,000166639

Вывод:Проведя лабораторнуюработу, исследовалии проанализировалиработу автогенераторовс параметрическойи кварцевойстабилизацией,построилиграфики зависимостейΔf/ f= φ(t)и Δf/ f= φ(U_пит).

ГрафикизависимостейΔf/ f= φ(t)и Δf/ f= φ(U_пит).

---

Overview

calcul
graph1

---

Sheet 1: calcul

150.15	150.19	150.21	150.24	150.22	150.23	150.23	150.24	150.23	150.23
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
150.01	150.02	150.02	150.02	150.03	150.02	150.02	150.02	150.02	150.02
0.000066662	0.000133316	0.000133316	0.000159974	0.000193296	0.000133316	0.000119986	0.000119986	0.000119986	0.000133316
10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
150.15	150.23	150.25	150.27	150.27	150.28	150.28	x	x	x
0.000999001	0.001530986	0.001663894	0.001796766	0.001796766	0.001863189	0.001863189
10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
150.01	150.02	150.03	150.02	150.02	150.03	150.03	x	x	x
0.000066662	0.000133316	0.000166639	0.000133316	0.000133316	0.000166639	0.000166639

---

Sheet 2: graph1

Лабораторнаяработа

ИССЛЕДОВАНИЕАМПЛИТУДНОЙМОДУЛЯЦИИ

Цель работы

1. Научиться исследоватьэнергетическиеи качественныехарактеристикисигнала приамплитуднойколлекторноймодуляции.

2. Приобрестинавыки в работепо исследованиюамплитудноймодуляциирадиосигналов.

Содержаниеработы

1. Изучениелабораторнойустановки.

2. Снятиединамическойамплитудноймодуляционнойхарактеристики.

3. Снятиечастотноймодуляционнойхарактеристики.

Описание лабораторнойустановки

Лабораторнаяустановиввыполнена набазе KBрадиостанции"Карат" и позволяетпровести исследованиемодулируемыхкаскадовусилителямощности (ГВВ).

Измерительныеприборы позволяютконтролироватьтоки (напряжения)в различныхцепях лабораторнойустановки:

в качествеисточникасигнала используетсягенераторнизкой частотыГЗ-106, выходноенапряжениекоторого поступаетна вход модулятора;

для измерениянелинейныхискажений К_Г используетсяприбор C6-IA;

коэффициентглубины модуляцииизмеряетсяприбором C2-11;

осциллографслужит длявизуальногонаблюденияза формой выходногосигнала;

пульт управлениялабораторнойустановкойпозволяетосуществитьнеобходимыепереключения.

Порядоквыполненияработы

1. Изучитьпринципиальнуюсхему лабораторнойустановки(рис. 1) и порядокработы с измерительнымиприборами.

2. Собратьлабораторнуюустановку всоответствиисо структурнойсхемой (рис.2).

3. Снятьамплитуднуюмодуляционнуюхарактеристику,для чего:

а) включитьустановку иустановитьрежим несущейчастоты;

б) навход модулятораподать модулирующеенапряжениеот звуковогоНЧ-генераторас частотой F_Ω=1000 Гц;

в) подключитьк выходу ВЧ(антенне) измерителькоэффициентаглубины модуляциии осциллограф;

г) кизмерителюкоэффициентаглубины модуляции(гнездо "Выходогибающей")подключитьизмерителькоэффициентанелинейныхискажений;

д) увеличиваяамплитудмодулирующегонапряженияU_Ωот "0" до появленияперемодуляциисигнала, измеритькоэффициентглубины модуляции m;

е) результатыизмеренийзанести в табл.1.

ж) поданным табл.1 построитьзависимостиm = f(U_Ω);

Рис.1. Принципиальнаясхема лабораторнойустановки

Рис.2. Структурнаясхема лабораторнойустановки

4. Снятьчастотнуюмодуляционнуюхарактеристику,для чего:

а) сохранитьрежим работыпередатчика,установленныйдля выполненияпредыдущегопункта работы;

б) установитьмодулирующеенапряжениеU_Ω при F_Ω=1000 Гц таким, чтобыкоэффициентглубины модуляцииm = 0,7;

в) изменяячастоту модулирующегонапряженияF_Ω от 20 Гц до 20000 Гц,измерить коэффициентглубины модуляцииm ;

г) результатыизмеренийзанести в табл.2.

д) поданным табл.2 построитьграфики зависимостиm = f(F_Ω).

Таблица1

UΩ	0	1	2	3	4	5	6	7	8
m	0	0,2	0,44	0,6	0,82	0,9	1	1	1

Таблица2

FΩ	50	1000	2000	4000	10000	15000	17000	19000	20000
m	0,3	0,7	0,75	0,732	0,349	0,196	0,136	0,13	0,09

Содержаниеотчета

1. Цельработы

2. Содержаниеработы

3. Структурнаясхема лабораторнойустановки.

4. Принципиальнаясхема лабораторнойустановки.

5. Таблицырезультатовизмерений ивычислений.

6. Графикиснятых зависимостей.

7. Выводыи обоснованияпо результатамисследований.

Контрольныевопросы

1. Пояснитенеобходимостьуправленияколебаниямирадиочастотыпередатчика

2. Чтотакое модуляция? Назовите видыее.

3. Чтотакое амплитуднаямодуляция?

4. Назовитеспособы осуществленияамплитудноймодуляции.

5. Напишитеуравнениеамплитудно-модулированныхколебаний.

6. Назовитеспектры частотмодулирующихколебаний.

7. Отчегозависит ширинаспектра частотпри амплитудноймодуляции?

8. Чтотакое боковыечастоты и боковыеполосы?

9. Нарисуйтепринципиальнуюсхему модуляцииизменениемнапряжениясмещения ипоясните ееработу.

10. Каквыбрать положениерабочей точкина характеристикеэлектронногоприбора?

11. Зачемнеобходимнелинейныйэлемент в схемеамплитудноймодуляции?

12. В чемзаключаютсяособенностимодуляцииизменениемнапряжениясмещения?

13. Нарисуйтесхему базовоймодуляции ипоясните принципработы.

14. Пояснитеособенностибазовой модуляции.

Приложение1.

1.ВИДЫ И АНАЛИЗАМПЛИТУДНОЙМОДУЛЯЦИИ

Радиочастотныеколебания,создаваемыерадиопередатчикоми излучаемыеего антеннойв виде электромагнитныхволн, используютсядля передачиинформациипотому, что онилегко распространяютсяна большиерасстояния.

Сообщения,которые необходимопередавать,чаще всегопредставляютсобой низкочастотныеколебания. Так,механическиеколебаниязвука, преобразованныемикрофономв электрические,представляютсобой колебаниянизкой частоты.Такие колебанияне могут распространятьсяна большие расстояния.Поэтому спектрнизкочастотногосигнала необходимоперенести вобласть радиочастот.Для этого необходимоосуществитьуправлениеими.

Процесс управленияколебаниямирадиочастотыс помощью колебанийнизкой частотыназываетсямодуляцией.

Модуляцияосуществляетсяс помощьюспециальногоустройства,называемогомодулятором.На один входмодулятораподается напряжениерадиочастоты,на другой —низкочастотныйпередаваемыйсигнал. На выходемодулятораполучаетсямодулированноеколебание.

Радиочастотныеколебания,осуществляяперенос сигнала,сохраняютего свойства.Они называютсянесущими.

Радиочастотныеколебанияхарактеризуютсятремя параметрами:амплитудой,частотой ифазой. Они связанысоотношениемi = I_Hcos(ωt+ φ).

Для осуществлениямодуляциинеобходимоизменять вовремени одиниз параметроврадиочастотногоколебания всоответствиис передаваемымсигналом. Взависимостиот того, какойиз параметроврадиочастотногоколебания изменяется,различаютамплитудную,частотную ифазовую модуляцию.

При работепередатчикав импульсномрежиме дляосуществлениямодуляцииизменяетсяодин из параметровимпульсов.Такая модуляцияназываетсяимпульсной.

Для передачителеграфныхсигналов изменяютодин из параметроврадиочастотныхколебаний всоответствиис телеграфнымкодом. Радиотелеграфнуюмодуляциюназываютманипуляцией.Различаютсоответственноманипуляциюамплитудную,частотную ифазовую.

Амплитудноймодуляциейназываетсяпроцесс измененияамплитудыколебанийрадиочастотыв соответствиис изменениемамплитудыколебанийнизкой частотыпередаваемогосигнала.

Передаваемоеколебание, например речь,музыка, являетсясложным колебанием.И его можнорассматриватькак сумму простыхгармоническихсоставляющихколебанийразличныхамплитуд, частоти фаз.

Для простотыанализа рассмотриммодуляцию однимтоном частотыΩ, т. е. когдаперед микрофономзвучит однотонноеколебаниеодной частоты.График егоможно представитьв виде гармонического(синусоидальногоили косинусоидального)колебания,как показанона рис. 1, а аналитическизаписать выражениемu_Ω=U_Ωcos Ωt.При амплитудноймодуляции позакону изменениямодулирующегоколебания, вданном случаепо закону cosΩt, должнаизменятьсяамплитуда токарадиочастоты.Это означает,что во времяположительногополупериодазвуковогоколебанияамплитударадиочастотноготока возрастает(точки 2—4 нарис. 1), а во времяотрицательногополупериода— уменьшается(точки 4—6 нарис. 1).

Рис.1. Временнаядиаграммаамплитудно-модулированныхколебаний

И

зменениеамплитудырадиочастотныхколебанийматематическиможно выразитьследующимобразом. Уравнениетока в антеннеили в выходнойцепи модулируемогокаскада домодуляции имеетвид i = I_НЕСсоsω_Ht.Это колебаниеназываетсянесущим. В процессемодуляцииамплитуда токаI_НЕС получаетприращениеΔI_НЕС,причем этоприращениеизменяетсяпо закону изменениямодулирующегосигнала ΔI_НЕСcos Ωt.

Рис.2. Графикиамплитудно-модулированныхпри различнойглубине модуляции:

m 1(в,г)

Тогда выражениетока радиочастотыпри модуляциипринимает вид

i = ( I_НЕС+ ΔI_НЕСcos Ωt)соsω_Ht.

Выполняя дальнейшеепреобразованиевыражения токамодулированныхколебаний,получаем

i = I_НЕС( 1 + ΔI_НЕС /I_НЕС cosΩt) соsω_Ht= I_НЕС ( 1 + m cos Ωt)соsω_Ht.

Отношениеприращенияамплитуды токанесущей частотыпри модуляцииΔI_НЕС кего значениюдо модуляцииI_НЕС обозначаютбуквой mи называюткоэффициентомглубины модуляцииили глубиноймодуляции.

Рис.3. Спектрчастот приамплитудноймодуляции

Значение коэффициентаглубины модуляцииm зависит толькоот амплитудымодулирующегоколебания.Например, припередаче речиили музыки —от громкостизвука. При линейноймодуляциикоэффициентm прямо пропорционаленамплитуденапряжениямодулирующегосигнала m=aU_Ω,где a — коэффициентпропорциональности.На рис. 2 приведенывременныедиаграммыамплитудно-модулированныхколебаний приразличныхкоэффициентахмодуляции m.При m = 0 модуляциинет. При m= 0,5 (50%) амплитуданапряжениямодулирующихколебанийтакова, чтовызывает изменениеамплитудырадиочастотныхколебаний дополовиныпервоначальногозначения. Приm = l ( U_Ω=U_ω) (стопроцентнаямодуляция)амплитударадиочастотныхколебанииувеличиваетсяв 2 раза. В этихдвух случаяхогибающаяамплитудмодулированныхколебаний точно(без искажении)воспроизводитформу сигнала.При дальнейшемувеличенииамплитудынапряжениясигнала m> l (U_Ω> U_ω) получаетсяперемодуляция.Во время отрицательногополупериодасигнала частьколебанийрадиочастотысрезается(точки 1—2 нарис. 2,б) и формаогибающеймодулированныхколебанийискажается.Возникаютнелинейныеискаженияформы передаваемогосигнала. Следовательно,для осуществленияамплитудноймодуляции безискаженийкоэффициентмодуляцииm не долженпревышатьединицы.

Выражение длятока амплитудно-модулированныхколебаний можнопредставитьв следующемвиде:

I=I_анесcosω_неct+0,5т I_анесcos(ω_неc+ Ω)t+ 0,5 тI_анесcos(ω_неc- Ω)t.

Видно,что промодулированноепо амплитудеколебаниеявляется сложными состоит изтрех составляющих:

1) колебаниянесущей частотыω_неc с амплитудойI_анес, такой же, каки до модуляции;

2) колебания счастотой ω_неc+ Ω и амплитудой0,5 I_анес, называемогоколебаниемверхней боковойчастоты;

3) колебания счастотой ω_неc- Ω и амплитудой0,5 I_анес, называемогоколебаниемнижней боковойчастоты.

Графическиспектр колебаний,промодулированныхпо амплитуденизкочастотнымколебаниемодной частотыΩ , можноизобразить,как показанона рис. 3,а. Видно,что при амплитудноймодуляцииодним тономчастоты и спектрмодулированногоколебаниясодержит тригармоническихколебания —несущую и двабоковых, каждоеиз которыхнаходится нарасстоянии,равном частотемодулирующегоколебания.

Но речь илимузыка являютсясложными колебаниями.Их можно представитьсостоящимииз гармоническихколебании.Тогда примодуляциисложным колебаниеммодулированноеколебаниесодержит стольконижних и верхнихбоковых составляющих,сколько ихимеется в спектремодулирующегосигнала. Врезультатев составемодулированногоколебания будетдве полосычастот: нижняябоковая и верхняябоковая (рис.3,б).

1.1. Полоса частоти баланс мощностей.

Общая ширинаполосы частотамплитудно-модулированныхколебаний равнаудвоенноймаксимальнойчастоте модуляции:

(ω_неc+ Ω) - (ω_неc- Ω) = 2 Ω_МАКС.Звуковые колебаниязанимают спектрчастот 20...20000 Гц.Однако разборчивостьречи оказываетсядостаточнойпри воспроизведенииполосы частотв пределах300...4500 Гц. При этомполоса амплитудно-модулированногоколебаниясоставит 9000 Гц.Расстояниемежду несущимичастотамисоседнихрадиопередатчиковв этом случаесоставляет10 кГц (рис. 3,б).Ширина спектрамодулирующегосигнала определяетсясоответствующимистандартамина каналы связи,вещания, передатчикии приемники.

При амплитудноймодуляцииамплитуда токав нагрузкенепрерывноизменяетсяот I_миндо I_Mакс.Следовательно,и режим модулируемогогенераторатакже изменяется.В процессеамплитудноймодуляцииразличаютследующиережимы работымодулируемогокаскада:

режим несущейчастоты илирежим молчания,когда генераторрадиочастотывключен, а микрофонне включен имодуляцияотсутствует;

максимальныйрежим или режиммаксимальнойколебательноймощности принаибольшемзначении токаи максимальномкоэффициентемодуляции;

минимальныйрежим или режимминимальноймощности принаименьшемтоке;

режим среднеймощности запериод одногопериода модулирующегонизкочастотногосигнала.

Дляупрощенияпредположим,что модуляциясимметричная,линейная,неискаженнаяосуществляетсясинусоидальнымнапряжением.Модулированныйпо амплитудеток проходитчерез активноесопротивлениенагрузки R_Hили антенныR_a.

В отсутствиемодулирующегонапряжения,т. е. в режимемолчания,несущее колебаниесоздает насопротивлениинагрузки мощностьР_н=0,5I²_HR_H.

В процессемодуляцииизменяетсяамплитуда тока,а следовательно,и мощность нанагрузке:

в минимальномрежиме P_МИН=0,5I²_МИНR_H=0,5[I_H(1– m)]²R_H= Р_н ( 1-m)²,

в максимальномрежиме P_Mакс=0,5I²_МАКСR_H=0,5[I_H(1+ m)]²R_H= Р_н ( 1+ m)².

Из этих выраженийвидно, что пристопроцентной(m = 1) модуляциимощность вмаксимальномрежиме в 4 разабольше, чем врежиме несущейчастоты. Вминимальномрежиме при m= 1 Р_МИН = Р_н(1-m)²=0.

Средняя мощностьР_СР, выделяющаясяна нагрузкеза период действиямодулирующегосигнала, складываетсяиз мощностейнесущего и двухбоковых колебаний:Р_СР=Р_Н –Р_Н.Б + Р_В.Б, Р_Б =0,5I²_БR_H=0,5(

)²R_H=0,5 R_H=P_H , P_CP=P_H+2P_Б = 0,5I²_HR_H+2(0,5( )²R) = P_H(1+0,5m²).

Отсюда видно,средняя мощностьбольше мощностинесущих колебанийв (1+0,5m²) рази при 100%-ной модуляциив полтора разабольше ее: Р_CP=1,5Р_H.

Мощности Р_Hи P_CP—этомощности запродолжительныйпромежутоквремени, в товремя как мощностиР_МАКС и Р_МИНимеют мгновенныйхарактер.

Рассматриваяграфик спектральногосостава модулированныхколебаний,видим, что всяполезная информацияо передаваемомсигнале содержитсяв боковыхсоставляющих.А из полученныхвыше выраженийследует, чтопри m = 1 мощностьдвух боковыхчастот в 2 разаменьше мощностинесущей и в 8раз меньшепиковой максимальноймощности. Практическикоэффициентмодуляциит ≈ 0,3. При этомамплитуды токабоковых составляющихбудут меньшеи составят0,3I_H/2,т. е. уменьшатсяв 1/0,3 ≈ 3,3 раза, амощности боковыхчастот уменьшатсяв 3,3² = 10 раз. Поэтомуамплитуднаямодуляцияэнергетическиневыгодна.

Другим недостаткомамплитудноймодуляцииявляется широкаяполоса частот,занимаемаямодулированнымколебанием,она вдвое ширеспектра модулирующегосигнала.

Но амплитуднаямодуляция имеетважные достоинства,обусловливающиеширокое применениеее в массовомрадиовещании.К ним относитсяпростота приемниковдля приемаамплитудно-модулированныхколебаний.

В основномамплитуднаямодуляцияиспользуетсяв радиовещательныхсистемах длинных,средних и короткихволн, а такжедля передачиизображенияв телевизионныхпередатчикахметровых идециметровыхволн.

1.2.Способы осуществленияамплитудноймодуляции.Анализ модулированныхпо амплитудеколебанийпоказывает,что в процессемодуляциипоявляютсяновые частоты— боковые, которыхне было на входемодулирующегоустройства.Новые частоты,как известно,могут появитьсятолько на выходеустройства,имеющего нелинейнуювольт-ампернуюхарактеристику.Следовательно,для осуществленияамплитудноймодуляциинеобходимнелинейныйэлемент. Такиминелинейнымиэлементамимогут бытьэлектронныеприборы, лампы,транзисторы,диоды и др.,обладающиенелинейнойвольт-ампернойхарактеристикой.

Для осуществленияамплитудноймодуляциимодулирующеенапряжениевводится в цепьпитания одногоили несколькихэлектродовэлектронногоприбора. Приизменениинапряженияпитания одногоэлектродамодуляцияназываетсяпростой илиодинарной. Еслиже изменяетсянапряжениепитания несколькихэлектродов,модуляцияназываетсякомбинированной.В зависимостиот того, на какойэлектрод подаетсямодулирующеенапряжение,различаютследующие видыамплитудноймодуляции:сеточную, базовую,анодную, коллекторнуюи анодно-экранную.

2. СЕТОЧНАЯМОДУЛЯЦИЯ

Сеточноймодуляциейназываетсяуправлениеколебаниямирадиочастотыизменениемнапряженияна управляющейсетке лампыпо закону изменениямодулирующегосигнала.

Рис.4. Схемамодуляции насетку смещения

Модулирующеенапряжениеможно вводитьв цепь любойсетки—управляющей,экранирующейили защитной.При модуляциина управляющуюсетку различаютдве разновидностимодуляции:

а) изменениемнапряжениясмещения и б)изменениемнапряжениявозбуждения,т. е. усилениеммодулированныхколебаний.

Модуляцияизменениемсмещения науправляющейсетке лампыосуществляетсявключениеммодулирующегонапряженияв цепь управляющейсетки последовательнос напряжениемсмещения, какпоказано нарис. 4. В результатетакого включениянапряженийв цепи сеткибудут действоватьтри напряжения:постоянноенапряжениесмещения Е_C,напряжениявозбуждениярадиочастотыu_C=U_Ccosωtи модулирующеенапряжениезвуковой частотыu_Ω=U_Ωcosωt.

Рис.5. Графикинапряженийи токов присеточной модуляции

Рассмотримфизическиепроцессы вгенераторепри модуляциина сетку смещением.Сначала послевключенияисточникапитания в цепьсетки включаетсянапряжениесмещения Е_C.Значение еговыбирают таким,чтобы исходнаярабочая точканаходиласьна нелинейномучастке характеристикилампы Ia =f(e_C)(в точке 0 на рис.5). Затем включаетсянапряжениевозбуждениянесущей частотыu_C= U_Ccosωt (точка1 на оси временина рис. 5). Придействии в цеписетки двухнапряженийв цепи анодаток будет протекатьв виде периодическойпоследовательностиимпульсов спостояннойамплитудойи углом отсечкиθ = 90°. В составеэтих импульсовимеется перваягармоникаанодного токаI_a1.Затем включаетсямодулирующеенапряжениеu_Ω=U_Ωcosωt(точка 2). ЧастотамодулирующегонапряженияΩ во много(десятки тысячраз) меньшенесущей частотыω. Поэтомумгновенноезначениемодулирующегонапряженияпо сравнениюс несущей изменяетсянастолькомедленно, чтоза один периоднесущей егоможно считатьнеизменным.Это дает возможностьеще считать,что модулирующеенапряжениепо отношениюк напряжениюнесущей частотыпроявляетсякак постоянноенапряжениесмещения. Отсюдаи название:модуляцияизменениемнапряжениясмещения. Ноэто напряжениесмещения изменяетсяпо звуковомузакону. В дальнейшемрабочая точкаперемещаетсяпо характеристикелампы в соответствиис изменениеммодулирующегонапряжения.

Таким образом,в результатеизменениянапряжениясмещения амплитудаимпульсованодного тока,угол отсечкиθ , а следовательно,и амплитудапервой гармоникианодного токаизменяютсяпо звуковомузакону, вследствиечего и осуществляетсяамплитуднаямодуляция(точки 3, 4, 5 и 6 нарис. 5).

3. МОДУЛЯЦИЯНА БАЗУ ТРАНЗИСТОРА

В

транзисторныхкаскадах передатчиководуляция набазу можетосуществлятьсякак изменениемнапряжениясмещения, таки изменениемнапряжениявозбуждения.

Рис.6. Схемабазовой модуляциисмещением

Для осуществлениябазовой модуляциисмещениеммодулирующеенапряжениевводится в цепьбазы транзисторапоследовательнос напряжениемсмещения инапряжениемвозбуждения,как показанона рис. 6. Так какдля осуществлениямодуляциинеобходимнелинейныйэлемент, тонапряжениесмещения выбираетсятаким, чтобырабочая точкав исходномрежиме находиласьлевее началахарактеристики(точка А нарис. 7,а). При этомв цепи базыпротекаетнезначительныйотрицательныйток I_{Б 0}(рис. 7,а). Транзисторзакрыт, и в цепиколлектораток не протекает.

Р

ис.7.Физическиепроцессы примодуляции набазу смещением( а,б,в)

Рис.7. Физическиепроцессы примодуляции набазу смещением(г, д, е)

Если в цепибазы кроменапряжениясмещения инапряжениявозбуждениявключено извуковое напряжениеu_Ω=U_Ωcosωt,то результирующеенапряжение е_Б = Е_Б0+ U_Ωcosωt+ U_ωcos ωt. Так как напряжениезвуковой частотыизменяетсязначительномедленнее,чем напряжениевозбуждения,то напряжениезвуковой частотыпроявляетсяпо отношениюк напряжениювозбуждения,как напряжениесмещения. Поэтомупри модуляциирабочая точкабудет перемещатьсяпо характеристике,как показанона рис. 7,г (точкиА— A'). Врезультатеизменяютсяамплитудаимпульсовколлекторноготока и уголнижней отсечкиθ (рис. 7,д). Поэтомув нагрузочномколебательномконтуре амплитудатока будетизменятьсяпо закону звуковойчастоты (рис.5.9,е). Ток в цепибазы во времяположительногополупериодазвуковогонапряженияпротекает ввиде импульсовменяющейся полярности.Во время отрицательногополупериодаток в цепибазы—постоянныйотрицательный.

Модуляционныехарактеристикиколлекторноготока при базовоймодуляцииприведены нарис. 8. Зависимостьпервой гармоникиколлекторноготока I_K1от напряжениясмещения E_Бназываетсястатическоймодуляционнойхарактеристикой.Она имеет нижнийи верхний изгибыза счет изгибовстатическиххарактеристиктранзистора.На основномрабочем участкестатическиемодуляционныехарактеристикипрактическипрямолинейны.

Рис.8. Модуляционныехарактеристики коллекторноготока при базовой

модуляциисмещением

Рабочую точкув режиме молчаниянадо выбиратьна серединепрямолинейногоучастка модуляционнойхарактеристики,что достигаетсявыбором соответствующегонапряжениясмещения Е_Б.В режиме максимальноймощности генераторработает воптимальномрежиме (точкаI_к1максна рис. 8). Как видноиз характеристик,модулируемыйгенератор прибазовой модуляциивсе время работаетв недонапряженномрежиме, достигаяоптимальногорежима тольков моменты максимумовзвуковогонапряжения.Поэтому КПДколлекторнойцепи генераторапри базовоймодуляциисмещениемнизкий, чтоограничиваетприменениеэтого видамодуляции.

Базовая модуляциянаходит применениев качествеэлементакомбинированнойколлекторноймодуляции.

При базовоймодуляциивозбуждениемпо закону изменениямодулирующегонапряженияизменяетсяамплитуданапряженияв цепи базы, анапряжениебазового смещенияи коллекторноенапряжениене изменяются.При этом происходитусилениемодулированныхколебаний.Поэтому онавозможна врежимах колебанийкласса В, таки в режиме колебанийкласса А. Однакорежим колебанийкласса А из-занизкого КПДприменятьнецелесообразно.

Достоинствобазовой модуляциивозбуждениемв том, что модуляционнаяхарактеристикапри соответствующемвыборе режимагенератораможет бытьболее линейной,чем при базовоймодуляциисмещением.Кроме того, привыборе углаотсечки θ =90°можно получитьуглублениемодуляции, тоесть в коллекторнойцепи 100%-ную модуляциюпри глубинемодуляции вбазовой цепименьше единицы.

4. УСИЛЕНИЕМОДУЛИРОВАННЫХКОЛЕБАНИЙ

В тех радиопередающихустройствах,в которых сеточнаямодуляцияосуществляетсяв одном изпромежуточныхкаскадов,последующиекаскады работаютв режиме усилениямодулированныхколебания.Таком принциппостроенияпередающегоустройстваиспользуетсяпри построениималомощныхсвязных и вещательныхпередатчиков.

Для усилениямодулированныхколебанийиспользуютсягенераторыс внешнимвозбуждением,на управляющуюсетку лампы которых подастсяпромодулированноепо амплитуденапряжениеu_ВХ =U_ВХ.НЕС (1+m_ВХcosΩt)cosω_Н.

При неискаженномусилении амплитудапервой гармоникивыходноготока

I_ВЫХ1= I_{ВЫХ.НЕС}(1+m_ВЫХcosΩt).

Неискаженноеусиление модулированныхколебанийпросто осуществляетсяпри работекаскада в режимекласса А. Однакопри m =1 неискаженноеусилениемодулированныхколебании можнополучить ипри угле отсечкианодного токаθ =90°.

Рис.9. Углублениемодуляции вусилителемодулированныхколебаний

СтатическиемодуляционныехарактеристикиусилителямодулированныхколебанийI_a1=f(U_C)или I_а0=f(U_C)оказываютсялинейнымитолько приработе генераторав недонапряжённомрежиме и имеютизгиб при переходегенераторав перенапряженныйрежим. А посколькуусилительмодулированныхколебанийдолжен работатьв недонапряженномрежиме, то егоэнергетическиепоказателии параметрыкачества практическитакие же, каки при модуляцииизменениемнапряжениясмещения. Поэтомутакой режимназывают модуляциейна управляющуюсетку изменениемамплитудынапряжениявозбуждения.

При выборе углаотсечки анодноготока θ a₁=f(U_C)начинаетсяправее началакоординат. Втаком режимевозможно углублениемодуляции:m_вых > m_вх(рис. 9). С уменьшениемθ углублениевозрастает,однако при этомвозрастаютнелинейныеискажения.

Усилениемодулированныхколебаний врежиме с угломотсечки θ = 90°широко применяютв однополосныхпередатчиках.Принципиальнаясхема усилителяамплитудно-модулированныхколебаний(УМК) приведенана рис. 9. Посколькуна вход УМКподаютсярадиочастотныеколебания сизменяющейсяамплитудой,схемы УМК неотличаютсяот схем обычныхгенераторовс внешнимвозбуждением.

Усилителимодулированныхколебанийцелесообразноиспользоватьв мощных многокаскадныхпередатчиках,в которых применятьсеточную модуляциюв мощном выходномкаскаде неэкономично.В таких передатчикахможно, осуществивнеглубокуюмодуляциюв одном из маломощныхпромежуточныхкаскадов, путемуглубленияв последующихусилителяхмодулированныхколебаниидовести ее донормальной.

---

Overview

Data
Graph1
Graph2

---

Sheet 1: Data

UΩ	0	1	2	3	4	5	6	7	8
m	0	0.2	0.44	0.6	0.82	0.9	1	1	1
FΩ	50	1000	2000	4000	10000	15000	17000	19000	20000
m	0.3	0.7	0.75	0.73	0.35	0.2	0.14	0.13	0.09

---

Sheet 2: Graph1

---

Sheet 3: Graph2

Лабораторнаяработа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕработы модуляторов

СкрипкаА.В. ИСТ-001ДУ

Цель работы

1. Научитьсяисследоватьи анализироватьработу амплитудного,амплитудно-импульсногои частотногомодуляторов.

2. Получитьопыт моделированияАМ-модуляторов.Оценить влияниедестабилизирующихфакторов наработу модуляторов.

3. Получитьопыт моделированияАИМ-модуляторов.Оценить влияниедестабилизирующихфакторов наработу модуляторов.

4. Получитьопыт моделированияЧМ-модуляторов.Оценить влияниедестабилизирующихфакторов наработу модуляторов.

4. Приобрестиопыт работыс автоматизированнойсистемойконструированияна базе интерактивнойпрограммыElectronicsWorkbench для схемотехническогомоделированияаналоговыхи цифровыхрадиоэлектронныхустройствформированияи генерированиясигналов различногоназначения.

Содержаниеработы

1. Моделированиеамплитудногомодулятора.

2. Моделированиеамплитудно-импульсногомодулятора.

3. Моделированиечастотногомодулятора.

4. Изучениефизическихпроцессов всхемах модуляторов.

Порядоквыполненияработы

Одним изосновных элементовустройствформированияи генерированиясигналов являетсямодулятор.

1. Наиболеепростой видмодуляции –амплитуднаямодуляция.Модуляция поамплитуде,осуществляемаяв амплитудноммодуляторе,сводится кперемножениюмодулирующегосигнала Y(t) и несущегоX(t) сигнала.После перемно-женияи тригонометрическихпреобразованийполучим результирующееколебание.

Рис.1. Схема амплитудногомодулятора

Изменениеамплитудырадиочастотныхколебанийматематическиможно выразитьследующимобразом. Уравнениетока в антеннеили в выходнойцепи модулируемогокаскада домодуляции имеетвид Х = I_НЕСсоsω_Ht.Это колебаниеназываетсянесущим. В процессемодуляцииамплитуда токаI_НЕСполучает приращениеΔI_НЕС,причем этоприращениеизменяетсяпо закону изменениямодулирующегосигнала Y=ΔI_НЕСcosΩt.

Рис.Амплитудамодуляции

Тогда выражениетока радиочастотыпри модуляциипринимает вид

Z = (I_НЕС+ ΔI_НЕСcosΩt)соsω_Ht.

Выполняядальнейшеепреобразованиевыражения токамодулированныхколебаний,получаем

Z = I_НЕС( 1 + ΔI_НЕС/ I_НЕСcosΩt)соsω_Ht= I_НЕС( 1 + mcosΩt)соsω_Ht.

Отношениеприращенияамплитуды токанесущей частотыпри модуляцииΔI_НЕСк его значениюдо модуляцииI_НЕС обозначаютбуквой mи называюткоэффициентомглубины модуляцииили глубиноймодуляции.

Модельамплитудногомодуляторасодержит двухвходовойлинейный суммирующийусилитель OU,источник постоянногонапряженияЕ, два источникапеременногосинусоидальногонапряженияG1,G2(эффективноезначение напряжения,частота , фаза),аналоговыйумножительХ. Осцилограммыамплитудно-модулированногои модулирующегосигналов отображенына экранеосциллографа.Коэффициентглубины модуляции mопределяетсянепосредственнопо осциллограме

2.Кроме амплитудноймодуляции сгармоническойнесущей, в системахуправленияи многоканальныхустройствахсвязи широкоиспользуютсяразнообразныевиды импульсноймодуляции.Наиболее простойиз них являетсяамплитудно-импульсная(АИМ), котораячаще всегоиспользуетсяпри реализацииболее сложныхвидов импульсноймодуляции(время-импульсной,фазоимпульсной,частотно-импульснойи т.п.).

Р

ис.2.Схема амплитудно-импульсногомодулятора

Рис.Амплитудно-импульснаямодуляция

Приамплитудно-импульсноймодуляции всоответствиис изменениеммодулирующегосигнала изменяетсяамплитудаимпульсов.Периодическаяпоследовательностьимпульсов приэтом выполняетроль несущегоколебания. Вамплитудно-импульсноммодуляторепроизводитсямодуляцияимпульсов позакону измененияамплитудымодулирующегосигнала.

Рассматриваемаясхема амплитудно-импульсногомодулятора(рис. 3) содержитдвухвходовойлинейный суммирующийусилитель OU1и двухвходовойлинейныйсумматор-выпрямительOU2;в качественесущей используетсяоднополярная(положительнойполярности)последовательностьпрямоугольныхимпульсов спараметрами,определяемыминастройкамифункциональногогенератора(рис. 3), источникпостоянногонапряженияЕ, источникпеременногосинусоидальногонапряженияG(эффективноезначение напряжения,частота , фаза).Осцилограммаамплитудно-импульсногосигнала отображенана экранеосциллографа.

3.Другимраспространеннымтипом модуляцииявляется угловаямодуляция.Такое названиеявляется общимдля частотнойи фазовой модуляции.Связь междуними формулируетсяследующимобразом : изменениечастоты вовремени позакону ω(t)эквивалентноизменениюполной фазыпо закону интегралаот ω(t),а изменениеполной фазыпо закону φ(t)эквивалентноизменениючастоты позакону производнойот φ(t).Это положение,являющеесяосновным втеории угловоймодуляции,определяетсвязь междуизменениямичастоты и фазыи указываетна общность,существующуюмежду двумяразновидностямиугловой модуляции— модуляциейчастоты (ЧМ) имодуляциейфазы (ФМ).

Рис. 3.Схема импульсногочастотногодетектора

Рис. Импульсночастотныйхарактеристика