Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
КОУ, Л,29, стр.1
КОУ, Л.29. УГЛОВЫЕ МОДУЛЯТОРЫ
Вопросы лекции
29.1. Взаимосвязь частотной и фазовой модуляции.
29.2. Схемы частотных и фазовых модуляторов.
29.1. Взаимосвязь частотной и фазовой модуляции.
В выражении мгновенного значения косинусоидального напряжения (27.1) изменение частоты или фазы приводят к изменению угла. Это означает, что частотная и фазовая модуляция взаимосвязаны. При наличии ЧМ ей сопутствует фазовая, при наличии ФМ ей сопутствует частотная. И тот и другой виды (то есть ЧМ и ФМ) относят к угловой модуляции, а частотный и фазовый модуляторы называют угловыми модуляторами.
Однако, есть и существенное различие между ЧМ и ФМ. При ЧМ отклонение частоты от среднего значения называют девиацией частоты.
Девиация частоты при ЧМ пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала:
(t) = m* U(t) (29.1)
При ФМ Отклонение фазы, то есть индекс модуляции пропорционален амплитуде модулирующего сигнала:
φ(t) = m* U(t) (29.2)
В (29.1) и (29.2) и - коэффициенты ЧМ и ФМ соответственно.
При известном законе изменения частоты ω(t), изменение фазы
φ(t) запишется следующим образом:
φ(t) = (29.3)
При известном законе изменения фазы φ(t), изменение частоты ω(t)
запишется следующим образом:
ω(t) = d / dt * φ(t) (29.4)
Возьмем простейший косинусоидальный модулирующий сигнал:
и подставим его в формулы (29.1), (29.3):
φ(t) = *U*Cost * dt =( m * U/ ) *Sint (29.5) ,
КОУ, Л,29, стр.2
Где
m * U/ = φ максимальное отклонение фазы
Выражение (29.5) показывает, что девиация фазы обратно пропорциональна модулирующей частоте. Для того, чтобы отклонение фазы было пропорционально частоте, модулирующий сигнал необходимо продифференцировать. Схема такого фазового модулятора (ФМ), выполненного на основе частотного модулятора (ЧМ), приведена на
рис. 29.1а.
а )
б )
Рис. 29.1. Схемы ФМ на основе ЧМ (а) и ЧМ на основе ФМ (б)
Напряжение на входе ЧМ в схеме рис. 29.1а:
U(t) = U(R/)
Учитывая, что постоянная времени дифференцирующей цепи =RC выбирается значительно меньше периода модулирующего сигнала RC<<1/
получаем, пропорциональный частоте модуляции, рост девиации частоты:
U(t) = U**;
ω(t) =m * *U* (29.6)
Если (29.6) подставить в (29.3), получим:
КОУ, Л,29, стр.3
φ(t) = m *( U/) * * (29.7)
Выражение (29.7) показывает, что девиация фазы в этом случае не зависит от частоты модулирующего сигнала.
При частотной модуляции, согласно (29.4) с учетом (29.2) для косинусоидального сигнала U(t) = U *Cos t имеем:
(t) =d/dt*(m* U* Cos t) = m* U* Sin t (29.8)
где m* U* = - максимальное отклонение (девиация) частоты.
Согласно (29.8), девиация частоты растет с ростом частоты модулирующего сигнала. Для того, чтобы девиация частоты была одинаковой во всем диапазоне модулирующих частот, необходимо перед фазовым модулятором поставить интегрирующее звено (рис. 29.1б).
В этом случае: U(t) = U*/ / ()
Постоянная времени цепи интегрирования выбирается значительно больше периода модулирующего сигнала =RC >> 1/, откуда R >> 1/ . Учитывая данное условие, получим:
U(t) = U* 1/ *RC = U/ * (29.9)
Подставив (29.9) в (29.8), получим
= m* (U/ * )* = m* U (29.10)
Где m/
(29.10) показывает независимость девиации частоты ЧМ, собранного по схеме рис.29.1б от частоты модулирующего сигнала.
29.2. Схемы частотных и фазовых модуляторов.
КОУ, Л,29, стр.4
Угловые модуляторы строят по схемам прямой и косвенной модуляции. Косвенная ФМ может быть получена с применением ЧМ по схеме рис.29.1а. Косвенная ЧМ может быть получена по схеме рис.29.1б с применением фазового модулятора.
Косвенная угловая модуляция методом превращения АМ в ФМ (рис.29.2).
а)
б)
КОУ, Л,29, стр.5
Рис. 29.2. Косвенный метод превращения АМ в ФМ. Структурная схема (б) и
векторные диаграммы, поясняющие работу схемы (а)
После БМ: C*Cos()t+C*Cos()t (29.11)
этот сигнал, сдвинутый на угол 90 градусов относительно сигнала несущей частоты, поступает на сумматор (рис.29.2а). Суммирование БМ и несущего сигналов дает вектор АВ, амплитуда которого зависит от амплитуд боковых составляющих БМ сигнала: АВ = 2С. При АМ меняются амплитуды боковых частот.
Следовательно, меняется и угол (t) = arg tg 2c/U (29.12)
U = () * Cos{ ω t + (t)} (29.13)
Недостатком косвенной фазовой модуляции с преобразованием АМ в ФМ является ее нелинейность при углах больших 0,2 – 0,3 радиана (180 = π радиан), связанная с нелинейностью функции arg tg . Для практических целей в ФМ, необходимо изменять фазу до нескольких радиан. Для увеличения девиации фазы после такого ФМ необходимо ставить умножитель частоты.
Прямая частотная модуляция реализуется с помощью параметрических реактивных элементов. В настоящее время в качестве параметрического элемента наибольшее применение получил варикап – полупроводниковый диод, емкость которого изменяется под действием обратно приложенного к p-n переходу напряжения. Схема прямого ЧМ с варикапом приведена на рис.29.3.
КОУ, Л,29, стр.6
Рис. 29.3. Схема прямого частотного модулятора
В данной схеме на транзисторе VT , включенном с ОБ, собран автогенератор. По переменному току параллельно колебательному контуру LC через конденсаторы С2, С3 и Сбл, включен варикап VD3. Рабочая точка варикапа устанавливается посередине его вольт-фарадной характеристики резисторами R4 и R5. Через индуктивность Lдр на варикап подается модулирующее напряжение, при этом меняется емкость колебательного контура, а следовательно, и частота автогенератора. Для ослабления паразитной амплитудной модуляции. В схеме применен двухсторонний ограничитель на диодах VD1 и VD2. Недостатком прямой ЧМ является снижение стабильности работы ЗГ, который подвергается перестройке под воздействием модулирующего сигнала.
Прямой ФМ показан на рис.29.4.
а)
б)
Рис.29.4. Структурная схема прямого ФМ (а) и ФЧХ контура (б)
ФМ собран на резонансном усилителе. Колебательный контур LC настроен на частоту, подаваемого на вход от задающего генератора, сигнала. При поступлении модулирующего напряжения U(t), изменяется емкость варикапа. Колебательный контур расстраивается относительно резонансной
КОУ, Л,29, стр.7
частоты, при этом, согласно ФЧХ контура (рис. 29.4 б), сдвигается фаза выходного сигнала.
Итоги занятия: