Схема AM-модулятора на одном транзисторе
Простейший AM-приемник ранее был рассмотрен в статье Детекторный AM-приемник: теория и практика. Было бы здорово сделать к нему еще и передатчик. Генерировать несущий сигнал мы уже умеем, а вот правильно его модулировать — пока нет. Оказывается, что соответствующая схема довольно проста. О ней далее и пойдет речь.
Схема приводится во многих источниках, например, на том же StackExchange:
Модель для LTspice вы можете скачать здесь. На вход схемы подается аудио-сигнал V1 и несущая V2. На выходе получаем сигнал в амплитудной модуляции.
Для понимания схемы нужно принять во внимание, что падение напряжения между базой и эмиттером транзистора Vbe, является функцией от тока, протекающего через базу Ib. Точно так же, как в обычном диоде, поскольку PN-переход между базой и эмиттером есть ни что иное, как диод. Подавая на эмиттер НЧ сигнал и оставляя напряжение на базе относительно постоянным (V2 имеет небольшую амплитуду), этим мы меняем V
Заинтересованным читателям предлагается открыть модель в LTspice и убедиться, что она действительно работает так, как описано выше.
В моем исполнении цепь получилась следующей:
Аудио-сигнал генерировался при помощи MHS-5200A. Несущая была получена при помощи следящего генератора Rigol DSA815-TG в режиме Zero Span. Однако с тем же успехом подойдет самодельный генератор или второй канал MHS-5200A с подходящим аттенюатором. Выход был подан на осциллограф Rigol DS1054Z:
Это не совсем идеальный AM-сигнал. Но если его немного отфильтровать, то будет в самый раз.
Тот же сигнал, но поданный на RTL-SDR v3:
Эксперименты показали, что такая схема прекрасно работает на частотах от 1 МГц до 30 МГц. Уровень несущей не особо критичен и может быть от -20 dBm до 0 dBm. Оптимальная амплитуда НЧ сигнала — 4 Vpp, а его частота может быть до 20 кГц. Выход генератора в нагрузку 50 Ом составляет порядка -15 dBm.
В общем, схема оказалась рабочей, и не вызвала каких-либо проблем.
Дополнение: Еще один способ получить амплитудную модуляцию вы найдете в заметке Диодный кольцевой смеситель: теория и практика.
Метки: Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.
Амплитудный модулятор
Амплитудным модулятором называется устройство, огибающая высокочастотного сигнала на выходе которого пропорциональна низкочастотному модулирующему колебанию. Рассмотрим случай простейшего гармонического модулирующего колебания:
,
На входе модулятора действует сигнал:
, w 0>>W | (1) |
На выходе амплитудного модулятора в этом случае должен быть получен сигнал вида:
(2) |
где глубина амплитудной модуляции М должна быть пропорциональна амплитуде .
В результате воздействия входного сигнала на нелинейный элемент с кусочно-линейной аппроксимацией в токе последнего появляются гармоники и комбинационные составляющие входных сигналов, а именно составляющие с частотами: (смотри рис. 2). Cоставляющие с частотами и образуют требуемое амплитудно-модулированное колебание. Оно должно быть выделено полосовым фильтром со средней частотой, равной несущей, и полосой пропускания, достаточной для выделения составляющих с частотами .
Рис.2
Как известно, при кусочно-линейной аппроксимации ВАХ нелинейного элемента первая гармоника тока определяется как:
(3) |
Для того, чтобы изменение первой гармоники тока отвечало требованию амплитудного модулятора, необходимо обеспечить пропорциональность огибающей импульсов тока низкочастотному сигналу, и независимость от него коэффициента . Следует правильно выбрать режим работы НЭ (смещение и амплитуды входных сигналов). На рисунке 3 показан такой режим работы.
Рис.3
Рабочая точка и амплитуда низкочастотного сигнала выбираются так, чтобы высокочастотные импульсы тока имели бы угол отсечки близкий к , т.е. , . В этом случае , а огибающая импульсов тока пропорциональна низкочастотному сигналу:
.
Таким образом, первая гармоника тока:
,
а на выходе фильтра получится напряжение:
где и- сопротивление и фаза фильтра на несущей частоте, – амплитуда несущей на выходе модулятора, .
Ясно, что в этом случае глубина модуляции невелика – это недостаток такого вида модулятора.
Принципиальная схема простейшего амплитудного модулятора на транзисторе с ОЭ приведена на рисунке 4.
Рис.4
Для правильного выбора режима работы нелинейного элемента следует снять так называемую статическую модуляционную характеристику (СМХ). Для схемы рис.4 такой характеристикой является при постоянной величине амплитуды несущей на входе. Типичный вид такой характеристики показан на рисунке 5.
Рис.5
Середина линейного участка СМХ определяет рабочую точку транзистора (). Величина определяет изменение низкочастотного сигнала и максимально возможный (с минимальными искажениями) коэффициент глубины модуляции:
Если на входе модулятора действует более сложный низкочастотный сигнал, например такой:
то при удовлетворении условия и , огибающая импульсов тока будет равна:
,
следовательно,
.
При настройке фильтра на частоту несущей и полосе пропускания (при добротности контура ) на выходе модулятора получится высокочастотный сигнал, огибающая которого пропорциональна .
Заход мгновенного входного напряжения в области нелинейного участка СМХ приведет к появлению в первой гармонике тока составляющих с частотами ( k=2,3,4,…), которые фильтр не сможет подавить, т.к. они попадут в его полосу пропускания. Следовательно, в этом случае нарушится основное требование, предъявляемое к амплитудному модулятору, а именно: огибающая амплитудно-модулированного сигнала должна быть пропорциональна низкочастотному сигналу.
(Радиодело. – 2005. – № 2. – С. 27) Скачать статью в одном файле Модуляторы амплитуды используются во многих радиотехнических системах, например, в передатчиках теле- и радиовещания. Недостатком известных схемных решений построения устройств формирования амплитудно-модулированных колебаний является их малая выходная мощность [1]. В статье приведено описание модулятора, позволяющего осуществлять амплитудную модуляцию сигналов мощностью до 30…40 Вт. Технические характеристики модулятора:
Принципиальная схема модулятора приведена на рис. 1 и разработана на основе использования идеи построения модуляторов мощных сигналов описанной в [2]. Рис.1 Принципиальная схема модулятора Здесь – несущее колебание; Принцип работы модулятора заключается в следующем. Элементы C1, L1, C3, L2 и C4, L4, C6, L5 образуют фильтры нижних частот с частотой среза равной 210 МГц. Транзистор VT1 играет роль самоуправляемого ограничителя сигналов. Физика работы схемы такого ограничителя подробно описана в [3]. При подаче на базу транзистора VT1 напряжения , закрывающего оба его перехода, транзистор будет осуществлять двухстороннее ограничение сигналов, мгновенное значение которых превышает величину, равную 2· . В данном случае использован n-p-n транзистор. Поэтому закрывающее напряжение имеет отрицательное знак. В случае = 0 В и при выборе =-12,5 В, как показано на рис. 1, амплитуда выходного немодулированного сигнала будет неизменна и равна 25 В. При выборе амплитуды модулирующего колебания = 12,5 В и =-12,5 В на выходе будем иметь сигнал со стопроцентной модуляцией. Варьируя амплитудой модулирующего сигнала можно изменять глубину модуляции высокочастотного модулируемого сигнала. Следует иметь ввиду, что для реализации указанного режима работы модулятора необходимо, чтобы при отключении эмиттера транзистора VT1 от тракта передачи сигнала, выход-ное напряжение было равно не менее чем 53…55 В. Рис. 2. Экспериментально измеренная форма огибающей модулированного сигнала В качестве модулирующего сигнала был выбран тестовый восьмиступенчатый телевизионный радиосигнал яркости, спектр которого занимает полосу частот от 50 Гц до 6,5 МГц. Амплитуда модулируемого сигнала выбрана равной 55 В, а его частота – частоте радиосигнала изображения 9 канала телевидения (199,25 МГц). Масштаб времени на оси абсцисс не обозначен. Длительность фронтов радиосигнала на выходе амплитудного модулятора не превышала 80 нс при допустимой длительности по ГОСТ 20532-83, равной 125 нс [4]. Как следует из графика, приведенного на рис. 2, амплитуда радиосигнала в синхроимпульсе составляла 50 В. ЛИТЕРАТУРА
|
Амплитудный модулятор. Схема и описание на 1 МГц.
Бутов А.Л.
В настоящее время сложилась такая ситуация, что во многих регионах страны в светлое время суток на радиовещательных диапазонах длинных и средних волн (150… 1500 кГц) затруднительно найти хотя бы одну работающую радиостанцию. Это связано с тем, что многие радиостанции перешли на вещание в УКВ диапазоны и, или полностью отказались от эфирного вещания, перейдя на вещание в сети Интернет. Это привело к тому, что простые ДВ-СВ радиоприёмники, выпущенные в прошлом веке, безмолвствуют.
Эта неприятность, прежде всего, задевает коллекционеров старинной радиоаппаратуры, поскольку нет возможности оперативно продемонстрировать то, как работает тот или иной транзисторный или ламповый радиоприёмник.
Для решения этой проблемы можно изготовить несложный амплитудный модулятор с кварцевой стабилизацией несущей частоты. На транзисторе VT1, резонаторе ZQ1, резисторах R1 – R3 и конденсаторе С4 собран задающий генератор на частоту 1 МГц. Резонатор ZQ1 работает на первой основной гармонике, конденсатор С4 препятствует возбуждению резонатора на более высоких гармониках, а также, облегчает запуск задающего генератора.
Каскад на транзисторе VT1 получает питание от RC фильтра C1R4. Конденсатор С2 устраняет отрицательную обратную связь по высокой частоте. С вывода коллектора VT1 сигнал частотой 1 МГц и амплитудой около 5 В через разделительный конденсатор СЗ и резистор R5 поступает на усилитель мощности, выполненный на транзисторе VT2. В цепь эмиттера этого транзистора включен модулятор, реализованный на транзисторе VT3, резисторах R8 – R11 и конденсаторах С8, С11, С13.
Конденсатор С6 шунтирует выводы коллектор – эмиттер VT3 по высокой частоте. Резистором R9 устанавливают оптимальный рабочий режим транзисторов VT2, VT3. К входу модулятора, гнездо XS2 может быть подключен генератор звуковых частот, МР-3 плеер или другой радиоприёмник, например, с УКВ диапазоном, в этом случае устройство станет как бы конвертером радиосигналов с диапазона УКВ на диапазон средних волн.
Подстроечным резистором R10 регулируют чувствительность модулятора. Контурная катушка L1 настроена на частоту задающего генератора, через разделительный конденсатор С9 к отводу от этой катушки подключена антенна W1 в виде куска провода длиной 2…40 метров.
Чем больше длина антенны, тем лучше, тем на большем расстоянии будет возможен радиоприём. С антенной 2 метра радиоприём излучения модулятора возможен на расстоянии до 5 метров на встроенную в радиоприёмник ферритовую антенну. Без подключенной антенны возможен радиоприём на расстоянии до 1,5 метра за счёт излучения контура L1C7.
В случае, если для питания устройства или в качестве источника сигнала применяется оборудование, питающееся от сети 220 В переменного тока, заземление общего провода устройства обязательно. Также будет желательным заземление и в том случае, если конструкция получает энергию от химических источников тока. В качестве заземления допустимо использовать металлические трубы водопроводных и отопительных систем.
Устройство подключается к источнику напряжения питания через дроссели L2, L3, светодиод HL1 светится при наличии напряжения питания. Конструкция потребляет ток около 8 мА при напряжении питания 9 В.
Все детали устройства можно смонтировать на печатной размером 75×40 мм. Изготовить печатную плату можно самостоятельно.
Постоянные резисторы МЛТ, С1-4, С1-14, С2- 23. Подстроечные резисторы любые малогабаритные, например, РП1-63М, учитывайте, что подстроечные резисторы этого типа имеют несколько модификаций корпуса. Неполярные конденсаторы К10-17, К10-50, КМ-5. Остальные К50-35, К50-68, К53-30. Конденсатор С11 может быть также плёночным или керамическим. Транзисторы КТ3102В можно заменить любыми из серий КТ3102, КТ6114, КТ645, SS9013, 2SC1815, ВС547. Вместо транзистора КТ645А подойдёт любой из серий КТ645, КТ646, КТ6114, КТ608, КТ630, 2SC1008, 2SD261.
На месте резонатора ZQ1 может работать любой кварцевый или пьезокерамический резонатор, например, от компьютерной периферии. Если у вас не окажется в наличии резонатора на частоту основного резонанса 550… 1300 кГц, то можно вместо него установить трёхвыводный пьезокерамический фильтр на 450…470 кГц, которые применяются в усилителях промежуточной частоты радиоприёмной и телефонной аппаратуры.
Средний вывод такого резонатора подключают к общему проводу, а крайние к выводам базы и коллектора VT1. В этом случае контур L1 надо будет настроить на вторую гармонику применённого резонатора. Катушка L1 содержит 128 витков с отводом от середины провода ПЭВ, ПЭТВ диаметром 0,18…0,23 мм. В качестве каркаса применён четырёхсекционный каркас диаметром 7 мм длиной 27 мм с подстроечным ферритовым сердечником диаметром 2,8мм.
Подойдёт контурный каркас от неисправного AM или трёхпрограммного приёмника. Экранировать катушку не надо. Дроссели L2, L3 малогабаритные промышленного изготовления, намотанные на Н-образных ферритовых сердечниках индуктивностью 100…680 мкГн с сопротивлением обмоток не более 2 Ом.
Светодиод L-934МВТ синего цвета свечения можно заменить любым из серий КИПД21, КИПД36, КИПД40, КИПД66, RL32-RD, RL32-DR, RL36.
Для настройки устройства удобно использовать частотомер и осциллограф. Сначала проверяют работу задающего генератора VT1. Если резонатор ZQ1 возбуждается не на основной гармонике, то нужно установить С4 большей ёмкости. Для настройки контура L1C9 удобно временно вместо С9 подключить 2…4-х секционный переменный конденсатор.
На катушку L1 надевают петлю из 3..4 витков монтажного провода, концы которого подключены к осциллографу. Меняя ёмкость переменного конденсатора и вращая сердечник L1 по максимуму амплитуды настраивают L1 на первую или вторую, третью гармоники ZQ1. Подключенный к отводу L1 через резистор сопротивлением 15 кОм частотомер должен показать рабочую частоту настроенного контура L1C7.
После настройки переменный конденсатор отсоединяют, измеряют его ёмкость, и на место С7 устанавливают постоянный конденсатор близкой к измеренной ёмкости, затем повторно регулируют L1. Подав на НЧ вход низкочастотный сигнал, например, от MP3 плеера, подстроечные резисторы R9, R10 устанавливают в такое положение, при котором модуляция ВЧ несущей будет наиболее качественная, контролируют осциллографом и с помощью установленного рядом радиоприёмника.
Если рабочая частота или нужная гармоника резонатора ZQ1 совпадёт с частотой одной из принимающихся радиостанций или попадёт на интенсивную периодическую помеху, то понизить частоту ZQ1 на несколько десятков кГц можно с помощью конденсатора в несколько десятков…сотен пФ, подключенного к выводам базы и эмиттера VT1.
19 Аналоговые виды модуляции . Амплитудный модулятор
Сообщение a(t) преобразуется с помощью датчика в пропорциональную электрическую величину b(t) – первичный сигнал
При передаче речи такое преобразование выполняет микрофон , а при передаче изображения телевизионная камера . Первичный сигнал обычно является НЧ колебанием . В некоторых случаях – например при обычной городской телефонной связи его передают непосредственно по проводной линии связи. При передаче по радио или многоканальной проводной линии первичный сигнал преобразуется в ВЧ колебание в результате модуляции, которая представляет собой изменение одного или нескольких параметров вспомогательного ВЧ колебания S(t) по закону передаваемого сообщения a(t).
Немодулированное ВЧ – гармоническое колебание S(t)
где – амплитуда- круговая частота- фаза
Эти величины могут быть постоянными или медленно меняющимися величинами
– полный угол (фаза колебаний ) в момент t
Различают 2 основных вида модуляции гармонических колебаний : амплитудную и угловую
Амплитудный модулятор.
Устройства с помощью которых формируется АМК называется амплитудным модулятором.
Таким устройством в передатчике является выходной каскад, который выполняется на транзисторе, в нем амплитудная модуляция осуществляется благодаря изменениям напряжения смещения на базе транзистора или его коллекторного напряжения
В 1-ом случае АМ называется базовой, а во втором – коллекторной, но возможна и комбинированная АМ
На рис. 5 приведена схема модулятора базовой амплитудной модуляции и проходная характеристика транзистора приEk = const
Рис.5
В этом модуляторе транзистор VT включен по схеме с общим эмиттером. На его базу (вход)
поступают колебания несущей частоты и параллельно НЧ колебания , модулирующее напряжениеb(t) , а также постоянное напряжение смещения
На коллектор транзистора подается напряжение питания Ек и в колебательный контур , который построен в резонанс с колебаниями несущей частоты
Дроссель L и конденсатор С образуют Г-образный фильтр , который не пропускает ВЧ колебания и источник постоянного напряжения
Фильтр создает высокое сопротивление токам высокой частоты и незначительное токам НЧ .
Напряжение смещения на базе транзистора равна
И изменяется по закону b(t), а ВЧ колебания несущей частоты – вокруг b(t) как вокруг своего среднего значения , создавая однополярные импульсы коллекторного тока разной амплитуды , пропорциональнойb(t)
На коллекторном контуре выделяется коллекторное напряжение первой гармоники этих импульсов – в результате чего образуется амплитудно- модулируемое колебание, соответствующее выражению
20.Демодулятор ам сигнала.
В нем происходит процесс обратной амплитудной модуляции(АМ).
Задача демодулятора(детектор) является выделение из АМ колебаний передаточного сигнала b(t) т.е. его огибающих.
В демодулятор входят линейно эл. или нелинейно Эл. с переменными параметрами
,а также ФНЧ.
На рис. Приведена схема последовательного вкл. Источника АМ сигнала(вторичная обмотка трансформатора) и фильтра нижних частот ФНЧ в виде RC-цепи. А так же представлена ВАХ диода и временные диаграммы поясняющие работу детектора.
Диод пропускает на свой выход только часть АМ колебаний, от чего появляется
постоянная составляющая Е на выходе ФНЧ закрывается диод, поэтому раб. т.е.
Е показано левее точки пересечения ВАХ и оси обсцис. Через точку Е проходит
ось t – времени , возле которой как вокруг среднего изменяется входной АМ сигнал. Линия прохода излома ВАХ // оси t показывает, какая часть АМ колебаний отсекается диодом , эта часть создает импульсы тока диодом. RC цепь ведет огиб в(t) и отфильтровывает высокочастотные(ВЧ) колебания. Конденсатор быстро заряжается через диод с малым внутренним сопротивлением до пикового значения импульса и медленно разряжается, через резистор R, большого сопротивления в нагрузках между импульсами, поэтому RC-цепь выделяет среднее значение этих импульсов пропорционально их огибающих.
Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи / Арсенал-Инфо.рф
Амплитудная модуляция
Для обеспечения амплитудной модуляции сигнала, формируемого ВЧ-генератором с кварцевой стабилизацией частоты, в малогабаритных транзисторных радиопередающих устройствах обычно применяются схемы модуляторных каскадов, выполненных на одном транзисторе. Как уже отмечалось, широко используются схемотехнические решения каскадов, которые в процессе модуляции обеспечивают изменение напряжения питания активного элемента генератора в соответствии с мгновенным значением уровня модулирующего сигнала.
Принципиальная схема одного из вариантов такого модулятора, основу которого составляет биполярный n-p-n-транзистор, приведена на рис. 4.12.
Рис. 4.12. Принципиальная схема амплитудного модулятора на биполярном n-p-n-транзисторе для генератора с кварцевой стабилизацией частоты
В рассматриваемой конструкции на транзисторе VT1 выполнен кварцевый генератор, а на транзисторе VT2 – модулятор радиопередающего устройства. Транзистор VT1 по переменному току включен по схеме с общим эмиттером, стабилизация рабочей точки этого транзистора обеспечивается с помощью цепи ООС, а режим работы по постоянному току определяется величиной сопротивления резистора R1. Модулирующий низкочастотный сигнал подается на базу транзистора VT2 через разделительный конденсатор С1. Режим работы этого транзистора определяется величиной сопротивления резистора R2.
Особенностью данного схемотехнического решения модулятора является включение перехода коллектор-эмиттер транзистора VT2 между эмиттером транзистора VT1 и шиной корпуса. В соответствии с мгновенным значением модулирующего НЧ-сигнала, поступающего на базу транзистора VT2, происходит запирание или отпирание этого транзистора. При этом изменяется падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT2, что приводит к изменению величины напряжения питания, которое подается на каскад, выполненный на транзисторе VT1. В результате изменяется режим работы транзистора VT1 по постоянному току с соответствующим изменением амплитуды ВЧ-сигнала, формируемого кварцевым генератором. Модулированный по амплитуде сигнал снимается с коллектора транзистора VТ1.
Необходимо отметить, что величина сопротивления резистора R2 выбирается так, чтобы с учетом значения потребляемого генератором тока величина напряжения на коллекторе транзистора VT2 была равна приблизительно половине напряжения питания. При необходимости напряжение на коллекторе транзистора модулятора может быть в пределах от 1/4 до 3/4 напряжения питания конструкции.
Каскад, обеспечивающий амплитудную модуляцию сигнала кварцевого генератора, может быть выполнен на биполярном транзисторе p-n-p проводимости. Принципиальная схема одного из вариантов такого модулятора приведена на рис. 4.13.
Рис. 4.13. Принципиальная схема амплитудного модулятора на биполярном p-n-p-транзисторе для генератора с кварцевой стабилизацией частоты
На транзисторе VT1 выполнен модулятор, а на транзисторе VT2 – кварцевый генератор радиопередающего устройства. Особенностью данного схемотехнического решения модулятора является включение перехода коллектор-эмиттер транзистора VT1 между коллектором транзистора VT2 и положительной шиной источника питания. Положение рабочей точки транзистора VT1 определяется величинами и соотношением сопротивлений делителя, в состав которого входят резисторы R1 и R2.
Транзистор активного элемента генератора по переменному току включен по схеме с общим эмиттером, при этом положение рабочей точки транзистора VT2 определяется величинами и соотношением сопротивлений делителя, в состав которого входят резисторы R3 и R4. Эти же резисторы совместно с резистором R5 образуют схему стабилизации положения рабочей точки. Кварцевый резонатор BQ1 включен последовательно с конденсатором С2 в цепь обратной связи между коллектором и базой транзистора VT2.
Модулирующий низкочастотный сигнал подается на базу транзистора VT1 через разделительный конденсатор С1. В соответствии с мгновенным значением модулирующего НЧ-сигнала происходит запирание или отпирание этого транзистора и, как следствие, изменяется падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер. В результате по закону модулирующего сигнала изменяется величина напряжения питания, подаваемого на транзистор VT2, на котором выполнен активный элемент генератора. Изменение режима работы транзистора VT2 по постоянному току приводит к соответствующему изменению амплитуды формируемого кварцевым генератором ВЧ-сигнала. Модулированный по амплитуде сигнал снимается с коллектора транзистора VТ2.
Амплитудный детектор с отрицательной обратной связью — Сайт инженера Задорожного С.М.
Предлагаемое построение высококачественного амплитудного детектора стало результатом некоторой переработки схемы двухтактного усилителя класса B. Благодаря введению глубокой отрицательной обратной связи (ООС) и достигнутой благодаря этому высокой линейности амплитудный детектор показал крайне низкий уровень вносимых им нелинейных искажений.
Введение
Характерное для двухтактного усилителя класса B раздельное усиление положительной и отрицательной полуволн входного сигнала производится двумя «плечами» усилителя по очереди, после чего усиленные половинки суммируются на подключенной к выходу нагрузке. Работу такого усилителя иллюстрируют схема на рис.1а и диаграмма на рис.1б:
Рис.1. Двухтактный усилитель класса B:
а — принципиальная схема усилителя с указанием направления токов в транзисторах;
б — сигнал на входе (бирюзовый), ток в транзисторе VT1 (красный), ток в транзисторе VT2 (синий), сигнал на нагрузочном резисторе (фиолетовый).
В схеме усилителя на рис.1а обращают на себя внимание направление и форма тока в транзисторах. Очевидно, что каждое из транзисторных плеч двухтактного усилителя класса B работает как детектор огибающей (envelop detector) входного сигнала: транзистор VT1 его положительных полуволн, а транзистор VT2 – отрицательных.
Идея высококачественного амплитудного детектора состоит в том, чтобы использовать ток в одном из транзисторных плеч усилителя класса B как выходной сигнал детектора, а для повышения его линейности и уменьшения искажений подать в цепь глубокой отрицательной обратной связи восстановленный на нагрузке полный сигнал.
Схема амплитудного детектора с ООС
На рис.2 представлена электрическая принципиальная схема амплитудного детектора с отрицательной обратной связью:
Рис.2. Схема амплитудного детектора с ООС.
На схеме легко узнаваема одна из разновидностей двухтактного усилителя класса B. Составные транзисторы его плеч выполнены на транзисторах различной проводимости, соединённых по комплементарной схеме Дарлингтона [1]. Резистор R11 выполняет функцию нагрузки усилителя. От классических схем двухтактного усилителя класса B эту схему отличают резисторы R9 и R10, сопротивление которых выбрано равным сопротивлению нагрузки усилителя R11. Именно на резисторах R9 и R10 соответственно положительная и отрицательная полуволны переменного тока в нагрузке создают такое же по форме напряжение сигнала, которое и является выходным сигналом амплитудного детектора.
Входной сигнал подаётся в точку XT1 и далее через конденсаторы C2 и C3 поступает на базы правых по схеме транзисторов транзисторных сборок VT1 и VT2. Левые по схеме транзисторы этих сборок включены как диоды и служат для установки некоторого небольшого начального тока смещения правых транзисторов, а также его термостабилизации в виду идентичности характеристик транзисторов, в том числе температурных, в составе транзисторной сборки. Пары транзисторов транзисторных сборок VT1 и VT2 таким образом включены по схеме «токовое зеркало» [2], поэтому начальный ток смещения правых по схеме транзисторов будет практически таким же, что и ток в левых, независимо от температуры окружающей среды. Ток через левые по схеме транзисторы транзисторных сборок задаётся схемой регулируемого источника опорного напряжения на микросхеме D1 и резисторами R5 и R6, включенными последовательно с этими транзисторами.
Отрегулировать начальный ток смещения можно резистором R2. Для того, чтобы такой двухтактный усилитель класса B работал как высокочувствительный амплитудный детектор с малыми искажениями, начальный ток смещения правых по схеме транзисторов транзисторных сборок VT1 и VT2 необходимо установить таким, чтобы транзисторы VT3 и VT4 при отсутствии сигнала были близки к открытию, но всё же оставались закрытыми во всём диапазоне рабочих температур. То есть ток в транзисторах VT3 и VT4 должен либо не превышать единиц микроампер, либо вообще отсутствовать. Проверяется это либо по напряжению на резисторе R10, либо по току микроамперметра, включенного вместо этого резистора или резистора R9.
Тестирование амплитудного детектора с ООС на реальном сигнале
Чтобы проверить качество работы такого амплитудного детектора, а также повторяемость его характеристик, по приведенной на рис.2 схеме были изготовлены четыре модуля на двухсторонних печатных платах с установленными на них элементами поверхностного монтажа, как показано на фото 1:
Фото 1. Четыре модуля амплитудного детектора с ООС.
Схема включения модуля амплитудного детектора и подключения измерительных приборов приведена на рис.3:
Рис.3. Схема проведения измерений при определении характеристик амплитудного детектора с ООС.
В качестве источника высокочастотного сигнала использовался ВЧ-генератор Г4-158. Высококачественный амплитудный модулятор этого генератора обеспечивает формирование амплитудно-модулированного сигнала с коэффициентом нелинейных искажений не более 1%.
Синусоидальный сигнал звуковой частоты на вход АМ-модулятора генератора Г4-158 подавался с внешнего генератора сигналов низкой частоты Г3-118, который также отличается качеством выходного сигнала с очень низким уровнем нелинейных искажений.
Уровень высокочастотного сигнала на входе амплитудного детектора контролировался милливольтметром Ф5303.
Выходной сигнал амплитудного детектора с резистора R10 (контакт XT4) поступал на пассивный RLC-фильтр нижних частот 2-го порядка (Бесселя) с частотой среза около 11 кГц. Низкочастотный сигнал с выхода фильтра усиливался затем усилителем на операционном усилителе OPA134PA. Уровень вносимых таким ОУ нелинейных искажений также очень мал, коэффициент нелинейных искажений не превышает 0,005%.
Уже к выходу усилителя подключались либо автоматический измеритель нелинейных искажений С6-11, либо осциллограф С1-79, либо цифровой вольтметр В7-34.
Тестирование амплитудного детектора проводилось амплитудно-модулированным сигналом с частотой несущей 465 кГц (стандартная промежуточная частота советских радиоприёмников), частотой модулирующего сигнала (огибающей) равной 1кГц и глубиной модуляции 30%. Работу амплитудного детектора иллюстрируют осциллограммы на фото 2 и фото 3.
На фото 2 приведены осциллограммы сигнала на выходе XT4 при среднеквадратичном напряжении сигнала на входе 0,6 В (а) и 0,04 В (б) и отсутствии модуляции:
Фото 2. Сигнал на выходе амплитудного детектора (точка XT4):
а) Uвх. = 600 мВ (RMS), 200 мВ/дел.;
б) Uвх. = 40 мВ (RMS), 20 мВ/дел.
На фото 3 показана осциллограмма выходного сигнала при подаче на вход амплитудного детектора амплитудно-модулированного сигнала с уровнем несущей 0,5 В (RMS) и глубиной модуляции 30%:
Фото 3. АМ-сигнал после демодуляции амплитудным детектором, 200мВ/дел.
Продукт фильтрации RLC-фильтром нижних частот сигнала с выхода амплитудного детектора состоит из некоторой постоянной составляющей и переменного сигнала звуковой частоты. Величина постоянной составляющей пропорциональна амплитуде несущей входного амплитудно-модулированного сигнала, а сигнал звуковой частоты соответствует огибающей этого сигнала. Усилитель, подключенный к выходу фильтра нижних частот, усиливал обе эти составляющие.
Технические характеристики амплитудного детектора с ООС
Проверка работы амплитудного детектора и измерение его характеристик проводилось, как уже было сказано выше, при подаче на вход детектора XT1 амплитудно-модулированного сигнала с частотой несущей 465 кГц, синусоидальной огибающей частотой 1 кГц и глубиной модуляции 30%. Коэффициент нелинейных искажений демодулированного сигнала измерялся при различных уровнях АМ-сигнала на входе амплитудного детектора.
Результаты измерений для всех четырёх модулей амплитудного детектора с ООС получились следующими:
Таблица 1
| Параметр | Уровень АМ-сигнала на входе (RMS) | |||
| 10 мВ | 30 мВ | 100 мВ | 500 мВ | |
| Уровень выходного НЧ-сигнала (RMS) | 0,47 мВ | 2,16 мВ | 8,24 мВ | 45,0 мВ |
| Коэффициент нелинейных искажений, не более | 1,60% | 2,00 % | 0,70 % | 0,43 % |
Указанный уровень демодулированного сигнала звуковой частоты приведен ко входу оконечного усилителя измерительной схемы, представленной на рис. 3. Коэффициент усиления этого усилителя устанавливался равным 51 при малом сигнале (до 150 мВ) и равным 6 при большом (свыше 150 мВ).
Зависимость коэффициента нелинейных искажений от уровня входного сигнала при одной и той же глубине модуляции представлена диаграммой на рис.4. И эта зависимость имеет ярко выраженный максимум при входном сигнале около 20 мВ.
Рис.4. Зависимость коэффициента нелинейных искажений
от уровня несущей при глубине модуляции 30%.
С целью объяснить такое поведение амплитудного детектора была построена его передаточная характеристика как зависимость постоянного напряжения на выходе пассивного RLC-фильтра нижних частот (см. схему на рис.3) от амплитуды немодулированного сигнала на входе детектора. Эта зависимость в упрощённом виде, то есть без привязки к конкретным значениям, приведена на рис.5.
Рис.5. Передаточная характеристика амплитудного детектора с ООС.
Передаточная характеристика на диаграмме представлена голубой линией. Интервал значений входного напряжения, на котором передаточная характеристика практически линейна, начинается с 20 мВ (RMS) и простирается до 1В (RMS). На этом интервале входных напряжений была построена аппроксимирующая прямая (красная линия на диаграмме). Аппроксимирующая прямая была построена методом наименьших квадратов, среднеквадратичное отклонение прямой от снятой по приборам характеристики у всех четырёх изготовленных модулей амплитудного детектора с ООС не превышало 0,0055 или 0,55%. Это значение вполне соотносится с приведенными в табл.1 результатами измерений коэффициента нелинейных искажений. Такое малое значение среднеквадратичного отклонения в таком широком диапазоне входных напряжений подтверждает высокую линейность амплитудного детектора с глубокой отрицательной обратной связью .
Если сопоставить показанную на рис.5 передаточную характеристику амплитудного детектора с приведенной на рис.4 зависимостью, то для ярко выраженного максимума коэффициента нелинейных искажений при уровне входного сигнала около 20 мВ очевидным становится следующее объяснение. Поскольку у передаточной характеристики амплитудного детектора заканчивается её нелинейный участок и начинается линейный при достижении уровня несущей 20 мВ, то здесь верхняя полуволна огибающей амплитудно-модулированного сигнала «проецируется» в выходной сигнал линейным участком передаточной характеристики, а нижняя – нелинейным. Из-за такой асимметрии в выходном сигнале вырастает уровень чётных гармоник, что в совокупности с нечётными гармониками и приводит к увеличению коэффициента нелинейных искажений. При уровне несущей выше 50 мВ и глубине модуляции до 50% нелинейный участок передаточной характеристики никак не затрагивает огибающую и детектирование происходит на линейном участке, соответственно нелинейные искажения уменьшаются.
Где в схеме отрицательная обратная связь
Отрицательную обратную связью в амплитудном детекторе и по совместительству двухтактном усилителе класса B, схема которого представлена на рис.2, создаёт подача сигнала с точки соединения коллекторов транзисторов VT3 и VT4 и резистора R11 в эмиттеры правых по схеме транзисторов транзисторных сборок VT1 и VT2. Поскольку весь восстановленный на нагрузке (резистор R11) сигнал подается в эмиттеры указанных транзисторов входного каскада, то отрицательная обратная связь в данном случае является 100-процентной и двухтактный усилитель класса B работает как повторитель напряжения входного сигнала.
Отрицательная обратная связь имеет смысл лишь когда коэффициент петлевого усиления в охваченном отрицательной обратной связью усилителе много больше единицы [3]. Чтобы проверить коэффициент петлевого усиления в нашей схеме разорвём цепь отрицательной обратной связи как показано на рис.6:
Рис.6. Разрыв цепи отрицательной обратной связи для измерения петлевого усиления.
В данном случае цепь отрицательной обратной связи оказывается разорванной по переменной составляющей (конденсатор C блокирует попадание сигнала в эмиттеры входных транзисторов), но оставлена по постоянной составляющей (резистор R) чтобы не нарушать режим работы транзисторов. Теперь чтобы определить коэффициент петлевого усиления достаточно измерить коэффициент усиления по напряжению усилителя с разорванной ООС. Для этого на вход схемы был подан очень малый сигнал и был измерен сигнал на выходе двухтактного усилителя класса B (на резисторе R11). Значение коэффициента во всех случаях было больше 100, что и является глубиной обратной связи в представленном амплитудном детекторе.
Заключение
В заключение необходимо отметить, что нелинейные искажения, вносимые представленным здесь амплитудным детектором с отрицательной обратной связью, возможно, ещё меньше, чем были измерены измерительными приборами. Ведь измеренные значения коэффициента нелинейных искажений и среднеквадратичное отклонение аппроксимирующей прямой от передаточной характеристики оказались в несколько раз меньше значений максимальной погрешности использованных измерительных приборов, указанных в прилагаемой к ним технической документации.
Литература:
- Титце У., Шенк К., «Полупроводниковая схемотехника»; перевод с немецкого; Москва, издательство «Мир», 1982., стр.44;
- Титце У., Шенк К., «Полупроводниковая схемотехника»; перевод с немецкого; Москва, издательство «Мир», 1982., стр.42;
- Титце У., Шенк К., «Полупроводниковая схемотехника»; перевод с немецкого; Москва, издательство «Мир», 1982., стр.72.
AM Модулятор
AM Модулятор AMВ этой схеме используются два генератора сигналов для имитации радиочастотной несущей с амплитудной модуляцией. волна. Выход может использоваться для моделирования реакции контуров LC и резервуара. Банкноты
В этой схеме используются два генератора сигналов, один из которых представляет высокочастотную (200 кГц) РЧ несущую, VG2, другой генератор сигналов, используется для ввода аудиосигнала с частотой 1 кГц. Два сигнала смешиваются и усиливается транзистором, и на коллекторе появляется амплитудно-модулированный сигнал. BC548.Компонент постоянного тока удаляется C2 и R3, и выход RF теперь появляется через нагрузочный резистор R3. Приведенные ниже осциллограммы созданы с использованием Tina.
Список соединений Spice
Список соединений Spice показан ниже. Скопируйте все строки между * AM и .END и вставьте в новый
текстовый файл с именем vmod.cir или аналогичный.
* AM RF модулятор
.AC DEC 16 1 1.0MEG
.TRAN 4U 2M
.DC LIN VG2 0 1 10M
.PLOT V (3)
Vcc 1 0 30
VG2 2 0 DC 0 AC 1 0 SIN ( 0 10M 200K 0 0-90)
VG1 4 0 DC 0 AC 1 0 SIN (0 5 1K 0 0-90)
C3 5 0 100N
C2 6 3 470P
C1 2 7 100N
R5 0 7 15K
R4 7 1 56К
R3 0 3 1К
R2 4 5 4.7K
R1 1 6 10K
QT1 6 7 5 Q_BC548_N
.MODEL Q_BC548_N NPN (IS = 16,9F NF = 1 NR = 1 RE = 567M RC = 1
+ RB = 10 VAF = 56,7 VAR = 28,3 ISE = 154F ISC = 154F
+ NE = 1,5 NC = 1,5 BF = 1,16K BR = 5 IKF = 29,5M
+ IKR = 29,5M CJC = 3,35P CJE = 6,85P VJC = 3,57 VJE = 1,09
+ MJC = 489M MJE = 432M TF = 796P TR = 103N EG = 1.11
+ KF = 0 AF = 1)
.END
Чтобы произвести вывод в Spice Opus, запустите программу и загрузите новый vmod.cir Модулированный сигнал появляется на R3, который теперь является узлом 3 и землей.После загрузки схемы команда “листинг” отобразит список соединений. Команда “запустить” затем смоделирует схему, “display” напечатает список всех переменных в цепи. Командный сюжет v (3) будет отобразить амплитудно-частотную волну между узлом 3 и 0, т.е. нагрузочным резистором R3.
Примечание для ускорения моделирования, несущая RF была ограничена только 200 кГц, а выход форма волны просто показывает два полных цикла звуковой волны, то есть 2 мс в качестве модулирующей частоты составляет 1к. Скоро на моих страницах появятся уроки по специям.
Амплитудные модуляторы
Амплитудные модуляторы| Elliott Sound Products | Модуляторы амплитуды |
Авторские права © 2016 – Род Эллиотт (ESP)
Страница опубликована в августе 2016 г., обновлена в феврале 2017 г.
Указатель статей
Основной указатель
Содержание
Введение
«AM» означает амплитудную модуляцию, первую систему, используемую для радиопередач.В то время как диапазон AM может считаться устаревшим для большинства людей, все еще существует интерес к приему AM, и, в частности, к возможности имитировать форму волны, которая подходит для тестирования схем демодулятора. Среди статей на сайте ESP есть информация в представленной статье об AM-детекторе с «бесконечным импедансом», который имеет гораздо меньшие искажения, чем простой диодный демодулятор, распространенный в большинстве приемников. См. Подробности в AM Radio.
Сложность состоит в том, что в большинстве симуляторов отсутствует возможность амплитудной модуляции в доступных источниках сигнала, поэтому возникает необходимость синтезировать подходящую форму волны.Те пакеты симуляторов, которые действительно включают возможность AM, обычно требуют, чтобы детали вводились в виде формулы, которую они могут включать или не включать в файлы справки. В сети есть несколько версий амплитудных модуляторов, но большинство из них совершенно не подходят для проведения тестов на искажения, потому что несущая AM имеет значительный компонент искажений.
В этой статье показано, как легко построить очень простую схему модулятора, имеющую искажения, близкие к нулю. Это упрощает сравнение различных методов обнаружения, потому что у вас есть хорошая отправная точка.Поначалу амплитудная модуляция кажется довольно простой, но экспериментатор быстро понимает, что изменить амплитуду сигнала, не создавая больших искажений, на самом деле очень сложно. Усилители, управляемые напряжением (VCA) – это очень специализированная область, и получение хорошей линейности – непростая задача. Это ограничение распространяется и на реальный мир, поэтому вы должны быть готовы к некоторой боли, если хотите построить схему AM-передатчика.
В передатчикахAM на протяжении многих лет использовались различные методы, но первые из них были довольно простыми и довольно умными.Это особенно верно, когда понимаешь, что коммерческие AM-передачи начались в 1920 году, а до этого было всего несколько тестовых передач, и идея «вещания» на широкую аудиторию не рассматривалась. Ранние разработки были ужасно неэффективными, и требовался усилитель звука, который мог бы обеспечивать половину мощности самого передатчика (часто многие киловатты, поскольку радиовещание стало популярным). Это было серьезной проблемой в то время, когда клапаны были единственным вариантом, и они были очень примитивными по сравнению с тем, что мы считаем само собой разумеющимся сегодня.
Однако в этой статье не рассматриваются передатчики AM как таковые. Если вы хотите узнать о них больше, вам нужно будет провести собственное исследование. Цель здесь – описать методы, которые можно использовать для генерации сигнала в симуляторе, чтобы читатель мог лучше изучить различные детекторы, которые используются для демодуляции AM.
Во-первых, I – показывают упрощенный передатчик, а также обобщенную схему, которая, кажется, является основой большинства попыток моделирования.Для модулятора требуются два сигнала – сигнал несущей – обычно 455 кГц, чтобы соответствовать общей промежуточной частоте (ПЧ) большинства супергетеродинных приемников AM, и источник сигнала. Последний обычно представляет собой синусоидальную волну 1 кГц, но это может быть любая частота (или форма волны), которая вам нравится, но, конечно, она всегда будет в пределах нормальной полосы пропускания AM. Обычно это всего около 5 кГц, но может быть и до 10 кГц, если вы думаете, что частоты выше 5 кГц могут просто пройти через стадию ПЧ любого коммерческого приемника.
На самом деле, большинству сложно выйти за пределы 3 кГц, но это в основном проблема приемника, а не технологии передатчика. Однако существуют ограничения, установленные различными регулирующими органами во всем мире на то, какую полосу пропускания может занимать AM-передатчик, что ограничивает максимальную частоту, которая может использоваться для модуляции. Частотный интервал между различными широковещательными передачами обычно составляет 9 кГц, хотя в некоторых регионах обычно 10 кГц. Поскольку есть две боковые полосы (по одной с каждой стороны несущей), и они напрямую связаны с частотой модуляции, практический предел составляет около 4.От 5 до 5 кГц. (Проблема боковых полос обсуждается ниже.)
Хотя я буду просто называть модулированный сигнал «AM», его полное название – DSBFC – Double Sideband Full Carrier. Это стандартная схема модуляции, используемая для широковещательной передачи AM. Если вы ищете информацию о SSB (одинарная боковая полоса) или DSBSC (двойная боковая полоса подавленной несущей) или других системах модуляции, эта статья вам не сильно поможет, но в результате вы можете получить несколько идей. Кстати, это намек.
2 – Принципы AM
Прежде чем мы попытаемся разработать схему, подходящую для тестирования на симуляторе, полезно понять основные принципы, которые используются.Первое требование – это несущая – частота, на которой радиостанция транслирует свой программный материал. Каждая радиостанция имеет частоту, выделенную соответствующим органом власти, и ее необходимо очень точно контролировать. Правительства обычно взимают лицензионный сбор за каждую частоту, и они жестко контролируются. Несанкционированное использование любой частоты обычно считается серьезным нарушением, поэтому я отговариваю кого-либо создавать собственную радиостанцию для развлечения. Большинство радиостанций продают рекламу, чтобы оплатить свои расходы (и, надеюсь, получить прибыль), но в некоторых случаях правительство само предоставляет услуги вещания (которые могут включать или не включать пропаганду, в зависимости от правительства).
Некоторые читатели постарше помнят «пиратские» (незаконные в глазах правительства Великобритании) радиостанции, которые работали с небольших кораблей у побережья Великобритания в 1960-е годы. Это должно было бросить вызов монополии британского правительства на всех радиопередач в то время. Коммерческие лицензии с тех пор стали доступны, но в то время их не существовало. Некоторые (обычно «портативные») пиратские станции все еще работают в Великобритании, но редко встречаются в большинстве других регионов.
Настоящий передатчик – это довольно сложный комплект.Учитывая, что типичные радиостанции AM работают на мощности 10-50 кВт, они на самом деле довольно устрашающие звери, даже если не учитывать «шоковых спортсменов», которые взрывают радиоволны своим купоросом. Современные системы используют передовые методы для максимального повышения эффективности на всех уровнях, но более традиционные модуляторы просто используют очень большой усилитель мощности ВЧ и модулируют подачу постоянного тока на выходной каскад ВЧ. Передатчику мощностью 10 кВт необходим аудиоусилитель мощностью 5 кВт, что является серьезной проблемой на заре развития электроники.Ниже показана упрощенная версия, которая дает представление о процессе.
Звуковой преобразователь, используемый в моделировании, имеет соотношение 1: 1, а ВЧ трансформатор имеет соотношение 1 + 1: 1, то есть все три обмотки одинаковы. В действительности, низкое напряжение от передатчика обычно повышается до более высокого напряжения, чтобы обеспечить большую мощность антенны. Здесь это сделано не для простоты. Вторичная обмотка T2 образует резонансный контур с C2 и настроена на частоту передатчика (1 МГц).Нагрузка на антенну составляет 50 Ом, а настроенная схема рассчитана на добротность 10. Настоящий передатчик будет использовать более сложные фильтры, а также будет включать настройку антенны.
Рисунок 1 – Упрощенный AM-передатчик с модуляцией высокого уровня
Возбудитель (представленный V2 и инвертором) генерирует несущую частоту RF, а в реальном передатчике возбудитель будет синхронизирован с кристаллом и будет тщательно контролироваться, чтобы гарантировать, что он остается на заданной частоте. В ранних системах это, как правило, было разумным копированием синусоиды, но теперь во многих системах используется переключение (включая Класс-C, Класс-D и Класс-E), а также несколько ВЧ-усилителей, которые включаются и выключаются из цепи на основе мгновенный спрос.Однако перед тем, как он достигнет антенны, модулированный сигнал будет подвергаться обширной фильтрации, чтобы гарантировать, что форма сигнала несущей будет чистой, без значительных гармоник, кроме боковых полос.
Модулированная несущая также показана выше для 3 циклов звука с частотой 1 кГц. Несущая находится на такой высокой частоте, что выглядит как сплошной цветной блок, но это непрерывно меняющийся сигнал с частотой 1 МГц. Следующий рисунок должен помочь …
Рисунок 2 – Расширенный вид амплитудной модуляции
В приведенном выше примере вы можете увидеть, как выглядит форма волны, если несущая частота снижена до 10 кГц, чтобы можно было отчетливо увидеть модуляцию.Это не видно ни на одном из других рисунков, потому что все моделирование было выполнено с использованием несущей 1 МГц. Огибающая модуляции 1 кГц хорошо видна (показана красным), но, конечно, она не будет гладкой, потому что несущая частота слишком мала, чтобы быть полезной. Обратите внимание, что фаза несущей остается постоянной, и это важный фактор для AM. Другие схемы модуляции могут выглядеть внешне похожими, но фаза несущей меняется на противоположную, когда модуляция проходит через ноль.
Система модуляции, показанная на рисунке 1, является «высокоуровневой», что означает, что требуется значительная мощность звука, и получается, что вам необходимо обеспечить 50% мощности несущей в качестве звукового сигнала для достижения 100% модуляции. Однако на самом деле 100% отрицательная модуляция никогда не используется , потому что при превышении (даже на мгновение) она создает помехи (так называемые «брызги» – частоты, кратные несущей для двухтактного передатчика). Отрицательная перемодуляция также искажает форму звуковой волны, поэтому всегда будет «коэффициент безопасности» около 10%, чтобы предотвратить уменьшение несущей до нуля.Однако положительная модуляция может достигать 150% (иногда больше), и переключение фазы звука часто используется для обеспечения фазировки самых высоких пиков обычно асимметричных аудиосигналов для обеспечения положительной модуляции. В моей модели мощность звука составляет 4,6 Вт, потому что несущая не полностью модулирована. Как показано, модуляция составляет 71,4%.
Чтобы определить индекс модуляции ( m , иногда обозначаемый как µ), вы измеряете минимальную и максимальную амплитуду модулированного сигнала.Поскольку форма сигнала, показанная на рисунке 1, изменяется от максимального 120 В размах до минимума 20 В размах, индекс модуляции ( м ) составляет …
м = (Vmax – Vmin) / (Vmax + Vmin)
м = (120-20) / (120 + 20) = 0,714 = 71,4%
V1 – это синусоидальный генератор с частотой 1 кГц, с пиковым напряжением 20 В (14,4 В RMS), с вторичной обмоткой трансформатора 1: 1, включенной последовательно с источником постоянного тока. Генератор синусоидальных сигналов заменен звуковым усилителем для модулированных передатчиков высокого уровня.Напряжение на центральном ответвлении ВЧ-трансформатора в этом случае варьируется от 10 В до 50 В, что составляет 30 В с модуляцией ± 20 В. Мощность антенны 17Вт. Сможете ли вы построить это и будет ли это работать? Да, но многого не хватает, и я бы никогда не рекомендовал это.
Использование высокоуровневой модуляции было единственным жизнеспособным вариантом на заре развития радио (также известного как “ беспроводной ”), потому что было нелегко сделать большой усилитель для начала, но сделав его практически без искажений (или “ линейным ”) в то время это было невозможно.Недостаток описан выше – передатчику мощностью 10 кВт необходим усилитель звука на 5 кВт. Альтернативой является модуляция несущей на низком уровне, а затем увеличение мощности с помощью линейного усилителя, имеющего очень низкие искажения.
Вы можете задаться вопросом, почему радиочастотные искажения важны в радиопередатчике, но если вы вспомните по звуку, искажение означает, что вы генерируете гармоники – частоты, которых раньше не было. Если у вас есть передатчик на 1 МГц, который имеет искажения, тогда будут гармоники на 2 МГц, 3 МГц, 4 МГц и так далее (плюс боковые полосы, генерируемые с помощью амплитудной модуляции), и они вызывают проблемы для других радиостанций и мешают приему.Это особенно важно, когда вы передаете с высокой мощностью, потому что продукты искажения будут на уровнях, равных (или, возможно, выше) многих законных передатчиков малой мощности, которые работают на затронутых частотах.
Чтобы представить уровни мощности передатчика в перспективе, примите во внимание, что для выходной мощности передатчика 10 кВт (только несущая) напряжение, подаваемое на антенну (50 Ом), составляет 707 В RMS при токе 14 А. Это на используемой радиочастоте, которая будет находиться в диапазоне от 526,5 до 1606.5 кГц в Австралии и аналогичный для средневолнового AM-вещания в других местах. Если это звучит немного пугающе, рассчитайте напряжение и ток для 50 кВт (совсем не редкость для AM-вещателей). Конечно, есть и передатчики меньшего размера, но идею вы поняли.
Многие современные передатчики используют модуляцию низкого уровня, и здесь это подробно не рассматривается. Есть некоторые важные отличия (особенно с перемодуляцией – но это все равно нет-нет), а низкоуровневая модуляция обычно включает использование умножителя, где аудиосигналы и сигналы несущей подаются на ИС линейного умножителя, обеспечивая амплитуду модулированный выход.Аналоговые VCA (усилители, управляемые напряжением) являются примером простых умножителей. Линейность важна как для радиосигналов, так и для аудиосигналов.
В оставшейся части этой статьи мы сосредоточимся на схемах, которые подходят для моделирования, чтобы можно было оценить детекторы. Для этого нам нужен очень низкий уровень искажений, чтобы можно было измерить характеристики демодулятора с некоторой степенью уверенности в том, что измеренные искажения исходят исключительно от детектора, а не от источника модуляции.
2 – AM – Метод 1
Первый показанный метод основан на методе, который используется во многих моделированиях, которые вы увидите в сети, и использует транзистор для модуляции несущей звуковой волны. Существуют простые и сложные версии, но в большинстве из них отсутствует одна важная область – нет настроенной схемы для создания разумно неискаженной несущей волны. Это делает любую дальнейшую обработку намного менее точной, потому что в результате никогда не будет «правильной» двухполосной формы сигнала AM.Самая большая проблема – это искажение формы сигнала, обычно как несущей , так и модулирующего сигнала. На чертеже напряжения, показанные для двух генераторов, составляют пиковое значение , поэтому несущая на 1 МГц составляет 7,07 мВ RMS, а модулирующее напряжение на 1 кГц составляет 3,54 В RMS.
Несмотря на внешний вид, эта схема не будет работать как модулятор, подходящий для передачи звука на AM-приемник. Он предназначен для использования в симуляторе. Основная идея может быть адаптирована как «настоящий» маломощный передатчик, но, учитывая его высокие искажения и, как правило, низкую производительность, не стоит тратить время на это.
Рисунок 3 – Простой транзисторный модулятор
В сети существует бесчисленное количество версий этой схемы, но только одна из них упомянута ниже. Некоторые из них (немного) более продвинутые, некоторые неполные и все демонстрируют высокие искажения. Это, конечно, просто, но результатов недостаточно для проверки линейности детектора с помощью симулятора. Напряжения показаны, чтобы вы могли проверить свою симуляцию, и вам может потребоваться изменить R1, чтобы получить оптимальное напряжение коллектора. Обратите внимание, что верхняя частота модуляции составляет 338 Гц (-3 дБ), установленная R4 и C2.
Существуют также демонстрационные схемы, в которых используется диод, но метод только дает приемлемую форму сигнала AM, если включена настроенная схема – диодный модулятор без него бесполезен. Добавить простую настроенную схему достаточно легко, и показанная выше подходит для выходного сопротивления 1 кОм, чтобы получить приемлемый фильтр Q. Диодные модуляторы также страдают от сильных искажений аудиосигнала, а также от искажений несущей. Их недостаточно для моделирования и тестирования демодуляторов.
Схема транзистора работает, потому что коэффициент усиления Q1 изменяется при изменении тока его эмиттера, вызванного звуковой волной, появляющейся на эмиттере. Амплитуда сигнала несущей модулируется нелинейностью транзистора. Однако схема – смоделированная или построенная из реальных частей – имеет плохие характеристики искажения, поэтому искажаются как звуковые, так и радиочастотные сигналы. Если выполнить БПФ (быстрое преобразование Фурье) сигнала, будет бесчисленное количество гармоник, и это не совсем жизнеспособный вариант, если вам нужна хорошая чистая форма сигнала AM.Очевидно, бессмысленно пытаться определить искажение от детектора, если форма звуковой волны уже искажена. Настроенная схема не является обязательной и описана ниже.
Рисунок 4 – Формы сигналов транзисторного модулятора (без настройки схемы)
На рисунке а) показана форма волны на коллекторе Q1. Несущая РЧ 1 МГц находится на низком уровне и проявляется только в виде «нечеткого» сигнала в звуковом сигнале, при этом амплитуда этого нечеткого сигнала изменяется в течение звукового цикла. C3 и R5 используются для фильтрации низкочастотного (звукового) компонента, поэтому на выход проходит только RF.Выход AM показан в b), и вы можете видеть, что он искажен – обратите внимание, что это без настроенной схемы. Искажения небольшие, но модулированная форма волны не так чиста, как должна быть. В частности, обратите внимание, что положительный и отрицательный пики немного смещены. На самом деле это не имеет значения, потому что обычно обнаруживается только одна боковая полоса, но она все равно демонстрирует несовершенную модуляцию.
Недостающим звеном является настроенная схема (полосовой фильтр), и когда это добавлено, форма волны RF улучшается (значительно улучшается симметрия огибающей RF), но она все еще далека от идеала.Хотя настроенная схема делает РЧ-сигнал намного чище, это не помогает аудиокомпоненту, поэтому искажение после обнаружения не будет таким низким, как вам нужно, чтобы иметь возможность точно измерить результаты детектора, с которым вы работаете. .
Чтобы включить настроенную (резонансную или «резервуарную») схему, вы добавляете конденсатор и катушку индуктивности со значениями, выбранными в соответствии с несущей частотой. В показанном примере у нас есть несущая 1 МГц, а выходное сопротивление схемы составляет 1 кОм (определяется R5, хотя на самом деле это 909 Ом для RF).Схема будет иметь приемлемую добротность (добротность), если реактивное сопротивление C4 и L1 составляет около 100 Ом (номинальная добротность 10 при импедансе источника 1 кОм). Индуктивность и емкость рассчитываются по …
L = XL / (2π × f o )
C = 1 / (2π × f o × XC)
f o = 1 / (2π × √ L × C)Где L – индуктивность, C – емкость, XL – индуктивное сопротивление, XC – емкостное сопротивление, fo – резонансная частота.
Значения 1.59 нФ и 15,9 мкГн достаточно близки к 1 МГц (на самом деле 1.00097 МГц, но небольшая ошибка не имеет значения). Спектр формы сигнала с настроенной схемой показан ниже. Для идеальной формы сигнала AM должны быть боковые полосы на 999 кГц и 1,001 МГц (ровно на 1 кГц от несущей), а наличие дополнительных боковых полос показывает, что форма звуковой волны искажена.
Рисунок 5 – Спектр модулятора на Рисунке 3 с настроенной схемой
Как видите, существует много боковых полос, все с частотой, кратной 1 кГц.Это показывает нам, что сигнал частотой 1 кГц имеет вторую, третью, четвертую, пятую (и т. Д.) Гармоники, создаваемые искажением формы сигнала AF. Если вы хотите оценить детектор, это явно недопустимо. Верхняя и нижняя боковые полосы (USB и LSB) должны стоять отдельно от несущей. Все остальное – искажение звукового сигнала. Как видите, компоненты искажения значительны до 4-й гармоники (4 кГц). Кроме того, они более чем на 60 дБ ниже несущей, поэтому они не являются проблемой – для сигнала 1 кГц.На более высоких частотах модуляции гармоники представляют большую проблему, поскольку допустимая ширина полосы AM-канала может быть легко превышена.
Один из способов моделирования достаточно хорошего амплитудного модулятора – это включение подсхемы полного VCA с низким уровнем искажений (усилителя, управляемого напряжением), но это серьезное мероприятие. Если модели для одного еще нет, вам нужно найти схему для коммерческого чипа VCA или спроектировать его самостоятельно и построить полную модель в вашем пакете симулятора.Если вы используете бесплатную версию, вы можете обнаружить, что в окончательной схеме слишком много частей, и вы не сможете провести анализ.
Существуют и другие методы, используемые для моделирования, некоторые из которых работают достаточно хорошо, а другие в значительной степени бессмысленны, и очевидно, что это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Существуют вариации схемы передатчика, показанной на рисунке 1, и хотя она работает хорошо, она все еще не идеальна. Если настроенная схема (также называемая «баковой» схемой на языке RF) опущена, результаты будут плохими, и неизбежно будет некоторая степень искажения звука, если вы не построите сложную и точную модель «реальной» схемы передатчика.
В этом отношении схема, показанная на Рисунке 1, несколько лучше (на самом деле лот и лучше), чем вы можете себе представить, но это добавляет сложности моделированию.
3 – Идеальные модуляторы
Все модуляторы несовершенны, некоторые больше, чем другие. Используя симулятор, вам может потребоваться максимально приблизиться к совершенству, чтобы детекторы можно было смоделировать для определения характеристик искажения (например). Последнее, что вам понадобится, это модулятор, который создает такие сильные искажения, что конечный результат невозможно определить.Имея это в виду, вы можете получить идеальную форму сигнала с амплитудной модуляцией. Любое измеренное искажение связано с детектором, так как вы можете быть уверены в безупречной форме радиочастотного сигнала.
Конечно, настоящие передатчики AM также несовершенны, но ни один коммерческий оператор не будет использовать модулятор, который не может работать лучше, чем 1% THD, причем большинство из них (вероятно) лучше. Получить полезную информацию не всегда просто.
3.1 – «Идеальный» амплитудный модулятор №1
На самом деле в приведенном выше описании боковых полос есть небольшая подсказка, которая может дать вам ключ к пониманию того, как вы можете создать идеальную модулированную форму волны несущей.Идеальный AM-спектр показывает несущую, а также верхнюю и нижнюю боковые полосы, разнесенные на звуковой частоте. Итак, если вы используете три источника напряжения и просто просуммируете их выходы, это сработает? Короткий ответ (и единственный, о котором нам нужно беспокоиться) – «да».
В моделировании добавьте источник сигнала с амплитудой (скажем) 2 В, как показано, установлен для синусоидального выхода на 1 МГц или другой частоты по выбору (например, 455 кГц, промежуточная частота большинства типичных приемников AM). Если вам нужна модуляция 1 кГц, добавьте еще два генератора, каждый с напряжением 800 мВ, с одним настроенным на 1 кГц ниже несущей (т.е.е. 999 кГц), а другой – на 1 кГц выше несущей (т.е. 1,001 МГц). Суммируйте 3 генератора, используя резисторы 1 кОм, как показано. Добавьте резистор (R4), чтобы вы могли изменять общий уровень без изменения значений трех генераторов. Это создает сигнал AM с модуляцией 80%, который является – или должен быть – идеальным во всех отношениях (в зависимости от симулятора). Если вам нужна только 50% модуляция, установите генераторы боковой полосы на выход 500 мВ. Может быть произведена модуляция любой глубины, и любая звуковая частота может быть синтезирована путем изменения частотных интервалов двух генераторов боковой полосы.
Рисунок 6 – «Идеальный» амплитудный модулятор и форма выходного сигнала №1
Да, это действительно так просто. Все напряжения, указанные для генераторов, являются пиковыми, поэтому разделите их на 1,414, чтобы получить среднеквадратичное значение. Все три генератора настроены на фазу 0 ° – сдвиг фазы ни на одном из трех генераторов не требуется. Вы можете получить звуковую синусоиду (после обнаружения), которая почти полностью свободна от искажений … для идеального детектора ). Теперь вы можете протестировать любой детектор, который вам нравится, и быть уверенным в отсутствии искажений от вашего РЧ-источника, поэтому любое измеренное искажение связано с детектором, с которым вы экспериментируете.Это исключает возможность догадок при моделировании и является очень простым способом создания AM. Как показано выше, уровень RF составляет 285 мВ RMS с R4, установленным на 390 Ом.
Этот механизм должен работать с любой версией Spice, независимо от типа или цены. Для этого не требуется никаких «специальных» методов, только три генератора и резисторы смешения. Хотя некоторые версии Spice позволяют создавать различные типы модуляции, обычно для этого требуется, чтобы вы предоставили «генератор» подходящей формулы, и нет гарантии, что используемая версия позволит вам вставить формулу.
Этот модулятор не включает БПФ просто потому, что это довольно скучно. Все, что присутствует (за исключением нескольких артефактов моделирования на уровне около 98 дБ ниже несущей), это несущая, нижняя боковая полоса и верхняя боковая полоса на точных уровнях, которые использовались для трех генераторов. Степень «совершенства» формы волны полностью зависит от используемого вами симулятора, и хотя компоненты практически нулевые, это не обязательно означает, что симулятор, который вы используете, обеспечит идеальный звуковой результат.Это зависит от разрешения симулятора и его настройки.
| Когда вы настраиваете моделирование для обработки RF + AF, если возможно, вам нужно установить максимальный «временной шаг» на очень маленькое значение. Для несущей 1 МГц вам понадобится минимум от 50 до 100 образцов для каждого цикла, чтобы получить хороший результат. Я предлагаю максимальный временной шаг от 10 до 20 нс. Это делает моделирование довольно медленным, и в во многих случаях вы можете предпочесть использовать более низкую частоту модуляции, чтобы симуляция не занимала слишком много времени.Это ограничение не относится к «идеальным» модулятор – он применим для ко всем симуляциям , которые включают RF и аудио. |
Обратите внимание, что этот процесс почти идентичен использованию идеального умножителя (который используется для модуляции низкого уровня), а отрицательная сверхмодуляция не приводит к исчезновению несущей. Вместо этого он меняет фазу и производит небольшой «удар», где в противном случае несущая была бы уменьшена до нуля. Однако он по-прежнему искажает форму аудиосигнала, поэтому необходимо отрегулировать относительные уровни несущей и боковых полос, чтобы индекс модуляции никогда не превышал единицу (100% модуляция).
3.2 – «Идеальный» амплитудный модулятор №2
Второй способ создать идеальный модулятор – это использовать «Произвольный источник» симулятора. Это то, что называется в SIMetrix, но в других симуляторах есть что-то похожее, что вы можете использовать. Когда он определен, вам нужно только указать, что вывод получен из «Input1», умноженного на «Input 2». Я не знаю конкретного имени или синтаксиса для других симуляторов, но для SIMetrix это …
V (In1) × V (In2) Примечание: пробелы добавлены для ясности – формула может не работать в некоторых симуляторах, если пробелы включены.
Это создает два входа с именами «in1» и «in2», где «V» указывает, что входы являются напряжениями. Выход – это произведение двух входов, то есть двух входных напряжений, умноженных друг на друга. Напряжение смещения важно, так как оно устанавливает уровень несущей. В показанном случае при наличии только смещения 2 В и пиковой несущей 2 В (немодулированная несущая) пиковая амплитуда составляет 4 В (2 В постоянного тока, умноженные на пик несущей 2 В).
Рисунок 7 – «Идеальный» амплитудный модулятор и форма выходного сигнала №2
Несмотря на ваши ожидания (и мои, я должен признать), форма волны не такая чистая, как в ‘Ideal # 1’, но на значительно лучше, чем все, что вы получите, пытаясь использовать простые схемы, такие как показанные схемы. на рисунках 1 и 3.Несовершенства являются артефактами моделирования и (вероятно) вызваны выборкой. При более чем на 90 дБ ниже уровня несущей вполне безопасно игнорировать любые артефакты, которые вы можете увидеть на выходе.
С этой компоновкой намного проще экспериментировать с различными частотами или формами сигналов, потому что модулирующая форма волны является просто источником сигнала. Не нужно возиться с боковыми полосами и уровнями. Пиковый выходной уровень точно такой, как указано в формуле, то есть 3,6 × 2 = 7.2 вольта. (3,6 – это сумма сигнала смещения 2 В и максимальной амплитуды модуляции 1,6 В.) Минимальный пик (максимальная отрицательная модуляция) составляет 800 мВ.
Важно, чтобы форма модулирующего сигнала никогда не превышала напряжение смещения, так как это вызовет перемодуляцию. Однако это , а не , как у настоящего AM-передатчика, поэтому его нельзя использовать для имитации «брызг» – широкополосных сигналов, создаваемых чрезмерно управляемым AM-передатчиком. Умножитель – это так называемый «4-квадрантный» тип, и он может создавать отрицательные выходные напряжения, чего не может передатчик.Если сигнал модуляции поддерживается ниже пикового уровня 1,8 В (1,27 В RMS) с указанными значениями, модуляция очень близка к идеальной (то есть «идеальной»).
Есть несколько способов изменить выходной уровень. Один из них – использовать имитируемый потенциометр (горшок), или выход можно масштабировать в рамках формулы для произвольной функции. Например, если вы используете следующее …
(В (In1) × V (In2)) / 10
Выход – это просто произведение двух входов, деленное на 10.Это даст пиковый выходной уровень 720 мВ. Для большинства радиочастотных симуляций напряжение обычно будет довольно низким, и его легче масштабировать в произвольной функции, чем возиться с уровнями генератора, хотя при желании можно также использовать делитель напряжения. Как и в случае с большинством функций в симуляторе, входное сопротивление генератора произвольных функций бесконечно, а выходное сопротивление равно нулю.
4 – Практический амплитудный модулятор
Если вы хотите построить амплитудный модулятор, вы можете использовать один из методов, показанных ранее, но гораздо проще использовать специализированную ИС, которая выполняет большую часть тяжелой работы.MC1496 – это сбалансированный модулятор / демодулятор, а IC существует почти всегда (хорошо, это может быть небольшим преувеличением). Они доступны в пакетах DIP и SOIC (сквозные и SMD соответственно) и обычно стоят менее 2,00 австралийских долларов от большинства основных поставщиков. Подходящий модулятор показан ниже, адаптированный из таблицы данных MC1496. В идеале C3 и C4 будут многослойными керамическими конденсаторами для хороших ВЧ-характеристик, и входящие источники питания также должны быть обойдены с помощью электролитических конденсаторов 10–100 мкФ (не показаны).
Рисунок 8 – Амплитудный модулятор MC1496
Показанная схема в значительной степени “как есть” из таблицы данных, и ее необходимо оптимизировать, чтобы гарантировать, что входные уровни находятся в нужном вам диапазоне. В таблице данных есть несколько схем приложений, в том числе одна, использующая один источник питания 12 В, что может быть более удобным. Поскольку ИС хорошо известна и производилась в течение многих лет, вы сможете найти любое количество подходящих законченных схем, которые позволят вам создать маломощный AM-передатчик, который можно использовать для вашего собственного местного вещания.Имейте в виду, что в большинстве стран это будет незаконным, если выходная мощность не будет ограничена максимум несколькими милливаттами.
Уровни RF (несущей) и AF (модуляции звука) должны быть в пределах максимальных значений, с которыми может справиться IC, в противном случае выходной сигнал будет искажен. Обратите внимание, что вход модуляции имеет очень низкий входной импеданс очень , установленный R6, и составляет 51 Ом, как показано. Входной резистор обычно необходим для снижения уровня сигнала максимум до нескольких милливольт – предлагается начальное значение около 1 кОм.Это обеспечит 100 мВ на ИС при входном напряжении около 2,5 В RMS. Уровень RF должен быть около 300 мВ RMS (согласно таблице данных). Выходной уровень будет очень маленьким без дополнительного усиления – ожидайте, что пик между + Out и -Out не превышает 500 мкВ.
Уровни AF и RF необходимо устанавливать осторожно, используя осциллограф и (в идеале) частотный анализатор. Последний представляет собой довольно серьезный комплект, но функции БПФ цифрового осциллографа, вероятно, будет достаточно для базовых тестов.Выход контролируется с помощью AM-радио. Вам, вероятно, потребуется включить (очень) небольшой «усилитель мощности» для питания антенны, который должен включать в себя широко настроенную схему, если вам нужно настроить несущую частоту, или фильтр с высокой добротностью для фиксированной частоты.
Выбор подходящей несущей частоты зависит от того, насколько загружен диапазон AM в вашем районе. Вам нужно найти частоту, которая не используется, и в идеале она отделена не менее 18 кГц от соседних AM-трансляций. Так как немногие AM-радиоприемники имеют частоту отклика выше 5 кГц, вы можете найти полезным ограничить верхнюю часть аудиовхода.Все, что превышает 9 кГц, обычно теряется.
Рисунок 8A – Дискретный амплитудный модулятор
Выше показан дискретный модулятор. Здесь используется ячейка Гилберта, которая является основой для аналоговых умножителей, включая MC1496, показанный выше. Настроенная схема рассчитана на частоту 1 МГц, а с подключенным параллельно резистором 1 кОм она имеет добротность 10. Оба L1 и C3 имеют реактивное сопротивление 100 Ом на частоте 1 МГц. Можно ожидать, что дискретный модулятор, вероятно, будет не так хорош, как специализированная ИС модулятора, но (по крайней мере, при моделировании) он работает хорошо.
5 – Обнаружение AM
Основная причина использования симулятора для генерации сигнала AM состоит в том, чтобы можно было экспериментировать с детекторами (демодуляторами). Поэтому стоит вкратце изучить «обнаружение» – восстановление исходной частоты модуляции звука. У вас почти наверняка будет предпочтительная схема или что-то, с чем вы хотите поэкспериментировать, но мы можем начать с простого примера. Существует много различных типов AM-детекторов, включая детектор с бесконечным импедансом, описанный в статье High Fidelity AM Reception.В этом упражнении будет рассмотрен только простой диодный детектор.
Этот тип детекторов был одним из самых первых, когда-либо использовавшихся для обнаружения РЧ, и хотя были и другие, более ранние детекторы, они не были линейными и часто были нечувствительными. Выбрав точку на поверхности природного полупроводника (обычно кристалла галенита (сульфида свинца)), можно было слушать AM через наушники. Поиск оптимальной точки на кристалле осуществлялся с помощью так называемого «кошачьего уса» – тонкого отрезка проволоки в специальном держателе, который позволял слушателю находить точку на поверхности кристалла, дающую наилучший сигнал.Это было известно как «набор кристаллов», и они прекрасно работают и по сей день с некоторой осторожностью. За «кристаллами» последовали ламповые диоды, затем германиевые диоды, а теперь и диоды Шоттки. Если вы можете их получить, германиевые диоды по-прежнему будут хорошим выбором.
Схема ниже показывает простой детектор Шоттки с прямым смещением 800 мВ, применяемым для улучшения линейности. Настроенная схема и антенна показаны для полноты картины, но обычно не включаются в моделирование.Обратите внимание, что C2 важен, если источник (ваш модулятор) связан по постоянному току. Если вы не укажете C2, диодный детектор не будет иметь прямого смещения, а это значительно увеличит искажения. Анод D1 должен иметь обратный путь постоянного тока, иначе он вообще не будет работать.
Рисунок 9 – Диодный AM-детектор / демодулятор
У всех диодных детекторов есть хорошо известная проблема, а именно искажение, вызванное напряжением проводимости диода. Для обычных малосигнальных кремниевых диодов это 650 мВ, а для германия около 200 мВ или меньше.Диоды Шоттки варьируются от 150 мВ до 450 мВ, в зависимости от их предполагаемого назначения. При низких уровнях радиосигнала диод может вообще не проводить, поэтому (почти) ничего не будет слышно на выходе. Это можно преодолеть (по крайней мере, до некоторой степени), применив прямое смещение, чтобы отменить прямое напряжение диода. Это показано на приведенной выше схеме. Обычно трудно добиться искажения менее 1% с помощью наиболее распространенных схем демодулятора.
При тестировании с использованием выхода идеального модулятора (рисунок 6) при уровне радиочастотного сигнала 285 мВ RMS и 80% модуляции искажение показанной схемы составляет 1.6% на уровне 180 мВ RMS. Диод типа Шоттки, напряжение смещения 800 мВ. Не все искажения вызваны диодом, так как некоторая часть РЧ несущей все еще присутствует. Как вы можете видеть, существует также постоянное напряжение, среднее значение которого пропорционально амплитуде ВЧ сигнала. Также имеется фиксированное смещение из-за напряжения смещения диода.
Для любого диодного детектора важна постоянная времени (C3 + C4 и R5 на рисунке выше). Если емкость слишком велика или сопротивление слишком велико, конденсатор не сможет разрядиться достаточно быстро, чтобы следовать форме волны переменного тока (модуляции), что приведет к значительному увеличению искажений на отрицательно идущих частях аудиосигнала.По этой теме доступно много информации, и здесь она не является частью анализа. Для записи показанные значения обеспечат приемлемую фильтрацию с приемлемо низким уровнем искажений до 5 кГц.
В большинстве радиоприемников средний уровень постоянного тока используется для активации АРУ схемы (автоматической регулировки усиления). Это сделано для того, чтобы амплитуда промежуточной частоты на входе детектора оставалась достаточно постоянной при настройке различных станций, чтобы уровень звука оставался достаточно стабильным.Без АРУ уровень звука полностью зависит от силы принимаемого сигнала. Постоянный ток должен быть удален из аудиосигнала перед подачей на каскад аудиоусилителя, и это делается просто с помощью разделительного конденсатора.
Идеальный детектор будет идеально полуволновым выпрямить огибающую RF, так что форма звуковой волны останется нетронутой. Не имеет значения, демодулируются ли положительные или отрицательные полупериоды, поскольку в обоих присутствует одна и та же аудиоинформация.Затем РЧ-составляющая удаляется с помощью фильтра нижних частот, оставляя только звук и уровень постоянного тока, который зависит от РЧ-амплитуды. Постоянный ток легко снимается с помощью конденсатора, оставляя только звук, который, будем надеяться, будет точной копией сигнала, используемого для модуляции передатчика. Хотя концепция проста в теории, ее очень сложно реализовать на практике, и существует множество различных решений (включая применение прямого смещения, как показано выше).
Существует много различных типов AM-детекторов, поэтому, если вы хотите узнать больше, поиск в Интернете предоставит вам бесконечные часы чтения.
Заключение
Описанный здесь метод получения «идеальной» формы сигнала AM практически неизвестен. Я видел одну косвенную ссылку на метод (которая говорила студентам «подумать об этом»), но подробностей в тексте не было (и я не могу найти ее снова, иначе она будет включена в ссылки) . Если подумать, это становится очевидным и почти наверняка вызовет крики «почему я не подумал об этом» от многих людей, которые это читают.Когда я увидел краткую справку, упомянутую выше, это, безусловно, была моя реакция.
Идея мультипликатора возникла из-за того, что не разобрались с деталями другого проекта. Я сомневаюсь, что SIMetrix – единственный симулятор, предлагающий произвольную функцию, которая может быть «определена пользователем», и немного озадачивает то, что во время моего первоначального исследования не было обнаружено упоминания об этом методе. После написания этой статьи и более подробного поиска я наткнулся на несколько сообщений на форуме и некоторые академические работы, в которых предлагалось использовать «специальные» функции симулятора, но не было найдено никакой конкретной информации.
В целом, это интересное упражнение, даже если вас не интересует чушь, которую обычно слышат по AM-радио. Я, безусловно, многому научился, когда готовил статью и запускал моделирование, чтобы можно было продемонстрировать формы сигналов. Я давно не делал ничего серьезного с AM, и смотреть на некоторые предложения в сети довольно удручающе. Во многих случаях учащийся узнает все об AM, кроме выполнения заранее подготовленных или предварительно сконфигурированных симуляций или углубления в математическое минное поле.
Это не означает, что математика потенциально бесполезна или что возня с симуляцией аналогового множителя неинтересна. Оба они полезны, но не все, что вы хотите сделать, это проверить идеи демодуляции AM. Если это так, вам нужно что-то настолько близкое к совершенству, насколько это возможно, чтобы выявить недостатки демодулятора. Особенно полезно иметь что-то, что будет работать практически в любом пакете моделирования, потому что разные версии имеют разные возможности и могут не позволить вам легко делать то, что вам нужно, если вообще.
Важно понимать, что у симуляторов есть ограничения, и некоторые из них могут быть неспособны разрешить конечный результат без добавления артефактов, которые, по сути, являются результатом разрешения симулятора. Хотя во многих симуляторах можно указать максимальный «временной шаг» (и, следовательно, разрешение), из-за этого симуляции могут выполняться очень медленно. Например, чтобы правильно разрешить сигнал с частотой 1 МГц, «частота дискретизации» или максимальный временной шаг не должны превышать нескольких наносекунд, а это означает, что моделирование будет очень медленным.Естественно, это также относится к моделированию с использованием других методов.
Вы также можете использовать этот метод для создания AM с двойной боковой полосой с подавлением несущей (просто уменьшите уровень несущей до некоторого достаточно малого напряжения). Сигналы SSB (одинарная боковая полоса) могут быть созданы путем уменьшения амплитуды одной боковой полосы и несущей до достаточно низких напряжений (обычно они будут составлять около 5-10% от напряжения основной боковой полосы). К сожалению, не существует эквивалентного простого метода создания ЧМ (частотной модуляции), но многие симуляторы включают это средство для «продвинутых» источников сигнала.
Список литературы
Обратите внимание, что две из приведенных здесь ссылок показывают неоптимальную технику, как показано в «Методе 1», но это не предназначено для того, чтобы каким-либо образом очернить авторов. Схемы воспроизводятся на многих других сайтах, первоисточник неизвестен. Хотя многие схемы, которые вы найдете, могут быть не идеальными, авторы по-прежнему оказывают неоценимую услугу, показывая новичкам (и другим) способы выполнить то, что не так просто, как кажется на первый взгляд.
Основной индекс
Указатель статей
| Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2016. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта. |
Журнал изменений: страница создана и авторские права © июль 2016 г. / Обновлено в феврале 2017 г. – добавлен «совершенный» модулятор №2. / Декабрь 2020 г. – добавлен рисунок 8A и текст.
Как создать амплитудно-модулированную волну
Модуляция AM – это своего рода метод модуляции, который используется с самых первых дней беспроводной передачи данных. В системе радиопередачи существует связь между диапазонами частот, которые могут передаваться без проводов, с длиной передающей антенны.Отношения обратно пропорциональны друг другу, это означает, что по мере увеличения частоты передаваемого сигнала длина антенны может быть уменьшена, а по мере уменьшения частоты передаваемого сигнала длина передающей антенны должна соответственно увеличиваться.
Используя антенну в несколько метров, можно легко передавать частоты в диапазоне МГц на расстояние. Основная цель беспроводной передающей системы в первые дни заключалась в передаче аудиосигналов, но для передачи аудиосигналов, которые попадают в диапазон нескольких кГц, требовалась антенна высотой более километра.Поскольку было практически невозможно построить такую длинную антенну, высокочастотные сигналы передаются после того, как они модулируются низкочастотными звуковыми сигналами.
Амплитудная модуляция – это самый простой метод модуляции среди множества используемых методов модуляции. Амплитудной модуляции высокочастотного сигнала легко добиться, а демодуляция также проста по сравнению с другими методами. Высокочастотный сигнал, который модулируется для передачи низкочастотных аудиосигналов, называется «несущей частотой», а аудиосигналы, используемые для модуляции, называются «модулирующим сигналом», «сигналом сообщения» или «сигналом основной полосы частот».В этой статье показано, как сгенерировать амплитудную модуляцию (AM) с помощью простейшей схемы.
ОПИСАНИЕ:
Для демонстрации АМ-модуляции сигнала несущей с сигналом сообщения также созданы схемы как сигнала несущей, так и сигнала сообщения, детали которых будут обсуждаться в следующем разделе. Сигнал несущей и сигнал сообщения, используемые в этом проекте, представляют собой чистые синусоидальные волны.Следовательно, всю схему можно разделить на три блока:
1. Генератор несущей частоты (высокочастотная синусоида)
2. Генератор частоты сообщений (низкочастотная синусоида)
3. Модулятор AM.
Блок-схема модуляции AM, используемая в этом проекте, показана на следующей диаграмме;
Рис.1: Блок-схема AM модуляции
Как для высокочастотного несущего сигнала, так и для низкочастотного сигнала сообщения разработаны точно такие же схемы генерации синусоидальной волны, но частоты устанавливаются на высокие и низкие соответственно с помощью их переменных компонентов.Следовательно, в этом проекте есть две аналогичные схемы генератора синусоидальной волны переменной частоты и схема модулятора AM.
Генератор синусоидальной волны переменной частоты
Схема генерации синусоидальной волны, используемая в этом проекте, представляет собой схему генератора моста Вина. Это единственная схема, которая может генерировать чистую синусоидальную волну без каких-либо искажений. Компонент усилителя, используемый в схеме моста Вина, представляет собой операционный усилитель с двойным источником питания. Обе схемы построены на универсальной микросхеме 741 операционного усилителя.Схема генератора синусоидальной волны показана на следующем рисунке.
Рис.2: Принципиальная схема генератора синусоидальной волны
Частота вышеуказанной схемы может быть изменена простым изменением потенциометра R2, а амплитуда формы волны может быть отрегулирована изменением потенциометра R. Частота синусоидальной волны, генерируемой вышеуказанной схемой, зависит от компонентов R1, R2 , C1 и C2, а уравнение для частоты приведено ниже;
Изображение схемы, созданной для генерации сигнала переноса, показано ниже;
Фиг.3: Несет цепь генератора частоты (высокочастотные волны) на макетной плате
Затем схема настраивается для генерации высокочастотной синусоидальной волны, которую можно наблюдать в CRO, как показано на следующем изображении;
Рис. 4: Форма сигнала несущей частоты при модуляции AM, отображаемая на CRO
Точно такая же схема снова подключена к макетной плате, и на этот раз схема настроена для генерации низкочастотной синусоидальной волны. Две схемы генерации синусоидальной волны, подключенные к макетной плате, показаны на следующем изображении;
Фиг.5: Схема генерации двух синусоидальных волн на макетной плате
Генератор переменного синусоидального сигнала
Волна, генерируемая двумя контурами, может быть подключена к CRO с помощью двух каналов CRO и может наблюдаться вместе на экране CRO. На следующем рисунке показаны высокочастотные и низкочастотные синусоидальные волны, отображаемые на экране CRO;
Рис.6: Высокая частота и Низкая частота Синусоидальные волны, отображаемые на экране CRO
Мостовые схемы Вина, показанные на рисунке выше, могут быть настроены для диапазона частот, который может быть вычислен с использованием частотного уравнения, упомянутого выше.Согласно частотному уравнению частота зависит от значений R1, R2, C1 и C2, и поскольку сопротивление R1 и емкости C1 и C2 имеют фиксированные значения в цепи, частоту можно регулировать, изменяя сопротивление потенциометра R2. один. Потенциометр R2 выбран на 100K, чтобы генерировать широкий частотный диапазон. По мере увеличения значения R2 частота уменьшается в соответствии с частотным уравнением. Схема предназначена для создания частот только выше 100 Гц, поэтому значения других компонентов, которые влияют на частоту, выбираются соответствующим образом.-6
Экспериментально наблюдаемая минимальная частота при использовании этой схемы составляет 166 Гц, что очень близко к теоретическому значению.
Согласно уравнению частоты, когда R2 равен нулю, схема будет генерировать бесконечную частоту, но практически это невозможно. Минимальное значение резистора R2, которое может генерировать синусоидальную волну с меньшими искажениями, было протестировано и составило 130 Ом. При таком низком значении R2 схема будет производить максимальную частоту, и ее можно рассчитать, используя уравнение частоты, как показано ниже;
Экспериментально наблюдаемая максимальная частота при использовании этой схемы при том же значении R2 составляет 4166 Гц, что оправдывает расчет.Следовательно, используя схему генератора синусоидальной волны переменной частоты на мосту Вина, можно легко сгенерировать синусоидальную волну с частотой в диапазоне от 200 Гц до 4 кГц.
В целях демонстрации модуляции AM одна схема настроена для генерации высокой частоты около 4 кГц, а другая схема настроена для генерации частоты около 500 Гц. Цепь 4 кГц действует как генератор несущей, а цепь синусоидальной волны низкой частоты 500 Гц действует как генератор сигнала сообщения.
AM Модулятор
Модулятор AM
Существуют различные типы схем, которые могут производить модуляцию AM.Самыми распространенными среди них являются схемы на основе транзисторов. Для схем на основе транзисторов требуется правильное смещение, и одного транзистора в большинстве случаев недостаточно для обработки как положительных, так и отрицательных циклов сигналов большой амплитуды. Существуют индукторы или схемы на основе катушек, которые также могут производить модуляцию AM, но они также требуют правильной настройки и уязвимы для шума в окружающей среде.
Самая простая и стабильная схема модулятора AM может быть разработана с помощью полевого транзистора.Несущая волна может проходить через канал полевого транзистора, а сигнал сообщения может использоваться для изменения ширины канала, и, следовательно, можно достичь простейшей модуляции AM.
В качестве модулятора АМ используется N-канальный полевой транзистор BFW10. Сигнал несущей подается по N-каналу от истока к стоку полевого транзистора, который затем модулируется путем подачи сигнала сообщения на затвор полевого транзистора. Схема, построенная на основе BFW10, который может действовать как модулятор AM, показана на следующем изображении;
Фиг.7. Принципиальная схема AM-модулятора, построенного на N-канальном полевом транзисторе, BFW10
По сравнению с другими схемами, проектирование компонентов, используемых в этих схемах, не требует сложных вычислений. R1 используется в качестве токоограничивающего резистора, а резистор R3 используется для создания разумного падения напряжения, когда через него протекает ток сигнала AM, так что можно получить напряжение сигнала AM через него. R3 снова является токоограничивающим резистором для базы полевого транзистора, и он выбран в качестве потенциометра, так что, изменяя его, можно продемонстрировать, что глубина модуляции меняется.Глубина модуляции просто означает величину амплитуды сигнала сообщения, которая должна присутствовать в данной амплитуде несущего сигнала. Несущая волна подается через резистор R1 на полевой транзистор, а волна сообщения применяется к затвору Полевой транзистор через потенциометр R2. Потенциометр R2 можно изменять, чтобы регулировать глубину модуляции. Схема, созданная для модулятора AM с использованием BFW10, показана на следующем изображении;
Рис.8: Модулятор AM с использованием схемы BFW10 на макетной плате
Несущий сигнал проходит через N-канал полевого транзистора, и по мере их прохождения напряжение сигнала сообщения на затворе полевого транзистора непрерывно увеличивается и уменьшает ширину N-канала.Таким образом, несущий сигнал, протекающий по каналу, испытывает увеличение и уменьшение сопротивления, соответствующее увеличению или уменьшению амплитуды сигнала сообщения. Отныне амплитуда несущего сигнала изменяется в соответствии с сигналом сообщения, когда он проходит через N-канал. Этот модулированный сигнал несущей амплитуды появляется через источник полевого транзистора и землю как волна AM.
Волна AM, генерируемая схемой и отображаемая в CRO, показана на следующих изображениях;
Фиг.9: AM-волна, генерируемая схемой AM-модулятора, отображаемая на CRO
Рис.10: AM-волна, генерируемая схемой AM-модулятора, отображаемая на экране CRO
Полная схема AM поколения
Рис.11: Принципиальная схема AM поколения
Модулятор AM– Оптический подход: 6 ступеней (с изображениями)
Я хотел получить суммарное усиление модулятора AM ~ 1,5. Я выбрал коллекторный резистор (R1) 5.1КОм. Тогда мне понадобится ~ 3 кОм для R0. Я повернул потенциометр, пока не измерил это значение LDR, я разобрал схему и измерил значение последовательно подключенных потенциометра и резистора – оно составило около 35 кОм. Я решил использовать стандартный резистор номиналом 33 кОм. При этом значении сопротивление LDR составило 2,88 кОм. Теперь необходимо определить значения двух других резисторов R2 и R3. Они используются для правильного смещения усилителя. Чтобы установить правильное смещение, сначала необходимо знать бета (коэффициент усиления по току) транзистора Q1.Я измерил, чтобы быть 118. Я использовал маломощное кремниевое устройство NPN BJT общего назначения.
Следующим шагом я выбираю ток коллектора. Я выбрал 0,5 мА. Это определяет, что выходное напряжение постоянного тока усилителя должно быть близко к среднему значению напряжения питания, что обеспечивает максимальный размах выходного сигнала. Потенциал напряжения на коллекторном узле рассчитывается по формуле:
Vc = Vdd- (Ic * R1) = 5V- (0,5mA * 5,1K) = 2,45V.
При Beta = 118 базовый ток Ib = Ic / Beta = 0.5 мА / 118 = 4,24 мкА (где Ic – ток коллектора)
Ток эмиттера складывается из обоих токов: Ie = 0,504 мА
Потенциал на узле эмиттера рассчитывается как: Ve = Ie * R0 = 0,504 мА * 2.88КОм = 1.45V
Для Vce остается ~ 1V.
Потенциал на базе рассчитывается как Vb = Vr0 + Vbe = 1,45 В + 0,7 В = 2,15 В (здесь я положил Vbe = 0,7 В – стандартное для Si BJT. Для Ge это 0,6)
Для правильного смещения усилителя ток
, протекающий через резисторный делитель, должен быть в разы выше, чем ток базы.Выбираю 10 раз. ….
Таким образом, Ir2 = 9 * Ib = 9 * 4,24 мкА = 38,2 мкА
R2 = Vb / Ir2 ~ 56 кОм
R3 = (Vdd-Vb) / Ir3 ~ 68 кОм.
У меня не было этих значений в моем кошельке с резисторами
, и я взял R3 = 33 кОм, R2 = 27 кОм – их соотношение такое же, как рассчитанное.
Наконец, я добавил истоковый повторитель с резистором 1 кОм. Он используется для уменьшения выходного сопротивления модулятора AM и изоляции транзистора усилителя от нагрузки.
Вся схема с добавленным эмиттерным повторителем представлена на рисунке выше.
МОДУЛЯЦИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИЯ АМПЛИТУДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЮТ-УСИЛИТЕЛЯ И ДИОД-ДЕТЕКТОРА | Мини-проекты | Учебник по электронике |
МОДУЛЯЦИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИЯ АМПЛИТУДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ BJT-УСИЛИТЕЛЯ И ДИОДА ДЕТЕКТОР
Аннотация. В этом проекте исследуется надежная конструкция амплитудной модуляция и демодуляция с использованием усилителя BJT и диодного детектора
.Учитывая трудности, с которыми сталкивается дизайнер в плане оборудование для разработки таких систем мы использовали систему, которая использует меньше оборудования для этого процесса.Мы написали код ngspice для модулятор и демодулятор согласно принципиальной схеме и смоделировал это в ngspice.
1. ВВЕДЕНИЕ
Раньше амплитудная модуляция была самым простым методом. используется для передачи аналоговых сигналов. Главное преимущество, которое получил Внимание дизайнеров было связано с связанной с этим простотой. Другой Основным важным преимуществом амплитудной модуляции было то, что она могла передавать сигнал / сообщение / волну на большие расстояния.Итак, радиоканалы которые передают сигнал по всему миру, как vividh bharti, также использует амплитудная модуляция. Существуют разные виды амплитудной модуляции. как DSB-FC, SSB, SSB-SC, DSB-SC, VSB.
Здесь мы выполнили моделирование с использованием DSB-SC. Мы подавили несущую потому что оператор не несет никакой информации, а потребляет мощность.SSB-SC и VSB являются улучшением DSB-SC, поскольку они не имеют носитель с ними, следовательно, требует меньше энергии. Они также требуют меньше пропускная способность.
2.КОНСТРУКЦИЯ МОДУЛЯТОРА Модулятор:
Рис.1-схема амплитудного модулятора
Модуляция определяется как процесс, при котором некоторые характеристики сигнал несущей изменяется в соответствии с модулирующим сигналом. В сигнал основной полосы частот называется модулирующим сигналом, а выходной сигнал процесса модуляции называется сигналом модуляции. Амплитуда модуляция определяется как процесс, в котором амплитуда несущая колеблется относительно средних значений линейно с основной полосой сигнал.
Огибающая модулирующей волны имеет ту же форму, что и основная полоса сигнал при соблюдении следующих двух требований
1. Несущая частота fc должна быть намного больше максимальной. частотные составляющие fm сигнала сообщения m
(t) т.е. fc >> fm
2. Индекс модуляции должен быть меньше единицы. если модуляция индекс больше единицы, несущая волна становится сверхмодулированной.
Расчеты:
Amax = 785 мВ
Амин = 511 мВ
Индекс модуляции (µ) = + ∠’ =.2114
Поскольку µ <1, мы можем получить сигнал сообщения после демодуляции без потери информации.
Рабочие:
Здесь мы использовали двухполосную несущую (DSB-C) для модуляции. целей.
Источник с именем Vm генерирует сообщение для передачи. Это амплитуда составляет 2 В, а частота – 1 кГц. Принцип работы схемы выглядит следующим образом: Как мы видим, у нас есть простой усилитель с общим эмиттером топология из-за байпасного конденсатора Cb, подключенного к эмиттеру транзистор, насколько малосигнальный режим считается.Но дело в том, что мы подключили сигнал сообщения к ветке в обход конденсатора мы постоянно меняем точку смещения транзистор в соответствии с нашим сигналом сообщения. Итак, мы можем сказать, что у нас есть переменное усиление, так как коэффициент трансмиссии транзистора меняется. потом мы фильтруем его верхними частотами с помощью конденсатора Cc.
3. КОНСТРУКЦИЯ ДЕМОДУЛЯТОРА
Демодулятор:
Рис.2 – Схема демодуляции
Процесс обнаружения обеспечивает средства восстановления модулирующего Сигнал от модулирующего сигнала.
Демодуляция – это процесс, обратный модуляции. Схема детектора используется для разделения несущей и устранения боковых полос. Поскольку огибающая AM-волны имеет ту же форму, что и сообщение, независимо от несущей частоты и фазы, демодуляция может быть осуществляется извлечением конверта.
Глубина модуляции (индекс модуляции) на выходе детектора больше zunity (µ> 1) и импеданс цепи меньше, чем у цепи нагрузка (Rl> Zm) приводит к отсечению отрицательных пиков модулирующего сигнал.Это называется «негативное отсечение».
Чтобы понять это, мы можем разделить его на два блока:
-Основной детектор конверта; однополупериодный выпрямитель с фильтрующим конденсатором (диод D1, резистор R2, конденсатор C2)
-Фильтр верхних частот (конденсатор С1, резистор R1)
Детектор основного конверта: КОД МОДУЛЯТОРА NGSPICE:
С помощью диода D1 и резистора R2 мы полуволново выпрямляем сигнал.потом с конденсатором фильтра мы пытаемся проследить огибающую сигнала. Решающим моментом при разработке этой схемы является то, что мы должны выбрать Постоянная времени RC, чтобы она не была слишком мала, чтобы избежать чрезмерного разрядов между пиками, и нам не нужно выбирать его слишком большим, чтобы позволяют конденсатору следовать за сигналом.
Подводя итог, вот интервал, в котором мы должны выбрать RC постоянная времени:
1 / Ï ‰ c << RC <1 / (2Ï € B), где B - полоса пропускания сообщения. сигнал.Поскольку мы использовали однотональный сигнал сообщения, мы можем заменить B пользователя fm. Итак, давайте сделаем расчет:
0,318 мкс << RC <0,159 мсек.
Мы выбрали RC как:
100 кОм * 0,001 мкФ = 0,1 мс | КОД ДЕМОДУЛЯТОРА NGSPICE: | ||||
Таблица 1: Значения различных компонентов | |||||
В разработке модулятора участвовали: | |||||
Символы | Компоненты | Расчетные значения | |||
Vcc | Блок питания | 30 В | |||
Vc | Перевозчик | 500 кГц, 50 мВ | |||
Vm | Сообщение | 1 кГц, 2 В | |||
Ib | Базовый ток | 12 мкА | |||
IE | Коллекторный ток | 1.2 мА | |||
R1 | Разделитель горшка | сопротивление1 | 20 кОм | ||
R2 | Pot.делитель | сопротивление1 | 10 кОм | ||
Re | Сопротивление эмиттера | 10 кОм | |||
Cb | Конденсатор связи | 0.01 мкФ | |||
Cc | Конденсатор связи | 0,001 мкФ | |||
Ce | Байпасный конденсатор | 0,1 мкФ | |||
Выход демодулятора является точной копией модулирующего сигнала с некоторыми приближения с учетом шума и ограничений оборудования в приемник и передатчик.
Обзор систем связи, моделей транзисторов и генерации искажений
- Дональд О. Педерсон
- Картикея Майарам
Аннотация
Целью любой системы связи является передача информации (речь, видео, данные) от источник к приемнику через среду или канал. Канал передачи может быть проводным, как в проводной связи (телефонные линии, кабельное телевидение), так и в свободном пространстве (эфир), как в беспроводной связи (коммерческое радио и телевидение, сотовые телефоны, пейджеры).Основное внимание в этой книге уделяется системам беспроводной связи. Передатчик передает информацию об источнике через свободное пространство, используя энергию, излучаемую антенной. Эта мощность улавливается антенной на приемном конце и обрабатывается приемным блоком.
Ключевые слова
Биполярный транзистор промежуточной частоты с полным гармоническим искажением Супергетеродинный транзистор-приемник МодельЭти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами. Это экспериментальный процесс, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.
Это предварительный просмотр содержимого подписки,
войдите в, чтобы проверить доступ.
Предварительный просмотр
Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.
Информация об авторских правах
© Springer Science + Business Media, LLC 2008
Авторы и аффилированные лица
- Дональд О. Педерсон
- Картикея Майарам
- 1.Университет Калифорнии, Беркли, США, 910regon,
Рис1.Принципиальная схема упрощенного транзисторного AM DSBFC модулятора средней мощности
Усилитель класса C обычно используется модуляторами AM высокой и средней мощности для достижения высокого КПД по мощности.
На рис.1 показан усилитель класса C с двумя входами: несущая vc и одночастотный модулирующий сигнал vm . Усилители класса C проводят только часть положительного полупериода входной несущей.
Поскольку транзистор смещения класса C, он работает нелинейно и допускает нелинейное смешение.Таким образом, эта схема также называется коллекторным модулятором, потому что модулирующий сигнал подается непосредственно на коллектор.
RFC-компонент представляет собой радиочастотный дроссель, который пропускает постоянный ток и блокирует высокие частоты, тем самым изолируя источник постоянного тока от высокочастотной несущей и побочных частот, при этом позволяя низкочастотным модулирующим сигналам модулировать коллектор транзистора.
Модулятор представляет собой линейный усилитель мощности, который принимает модулирующий сигнал низкого уровня и усиливает его до высокого уровня мощности.Модулирующий выходной сигнал через трансформатор модуляции T2 подается на усилитель класса C. Вторичная обмотка модулирующего трансформатора включена последовательно с коллекторным питающим напряжением Vcc усилителя класса C.
Когда амплитуда несущей превышает потенциал барьера (0,7 В для силиконового транзистора) перехода база-эмиттер, включается Q1 и течет ток коллектора. Когда амплитуда несущей падает ниже 0.7 В, Q1 отключается и ток коллектора прекращается.
В результате Q1 переключается между насыщением и отсечкой, управляемым сигналом несущей, ток коллектора течет менее 180 ° каждого цикла несущей, и достигается работа класса C.
Каждый последующий цикл несущей Q1 включает на мгновение и позволяет току течь в течение короткого времени, создавая отрицательную форму волны на коллекторе. Осциллограммы тока и напряжения коллектора показаны на рис. 2, который напоминает повторяющийся полуволновой выпрямленный сигнал.
При нулевом входном сигнале модуляции на вторичной обмотке T2 присутствует нулевое напряжение модуляции, напряжение питания коллектора подается непосредственно на усилитель класса C, а несущая на выходе представляет собой устойчивую синусоидальную волну.
Рис2. Формы колебаний коллектора без модулирующего сигнала
- Когда модулирующий сигнал подается на коллектор последовательно с напряжением питания постоянного тока, он складывается и вычитается из Vcc , вызывая изменение амплитуды импульсов тока через транзистор Q1 .В результате амплитуда несущей синусоидальной волны изменяется в соответствии с модулированным сигналом.
- Когда сигнал модуляции становится положительным, он добавляется к напряжению питания коллектора, тем самым увеличивая его значение и вызывая более высокие импульсы тока и более высокую амплитуду несущей.
- Когда модуляция становится отрицательной, она вычитается из напряжения питания коллектора, уменьшая его.
- Формы сигналов, показанные на рисунке 3 ниже, генерируются, когда максимальная пиковая амплитуда модулирующего сигнала равна Vcc.
- Видно, что форма волны выходного напряжения колеблется от максимального значения 2Vcc до приблизительно 0 В VCE (насыщ.) . Пиковое изменение напряжения коллектора равно Vcc . Опять же, форма волны напоминает полуволновую выпрямленную несущую, наложенную на низкочастотный модулирующий сигнал переменного тока.
