Читать онлайн учебники
на as6400825.ru

Физика
Учебник 11 класса

       

§ 5.10. Амплитудная модуляция

  • Мы ограничимся рассмотрением наиболее простого типа модуляции — амплитудной модуляции.

Как осуществляется амплитудная модуляция

Для осуществления амплитудной модуляции можно использовать схему, изображенную на рисунке 5.26*. Эта схема состоит из генератора на транзисторе (нижний большой пунктирный прямоугольник), к которому добавлен модулятор (верхний пунктирный прямоугольник). В простейшем случае модулятор состоит из микрофона и источника тока, соединенных последовательно с первичной обмоткой L1 трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора L2 присоединена параллельно к конденсатору С контура в цепи базы транзистора. Конденсатор С имеет малое сопротивление для переменного тока высокой частоты, текущего по обмотке катушки обратной связи L. Вторичная обмотка трансформатора L2 имеет большое индуктивное сопротивление. Поэтому переменные токи высокой частоты, вырабатываемые генератором, проходят через конденсатор С, не ответвляясь в цепь микрофона модулятора. В результате генератор работает так же, как и в отсутствие модулирующей цепи.

Рис. 5.26

Если микрофон отключен, то генератор вырабатывает гармонические колебания:

где ω — несущая частота, а Im0 — постоянная амплитуда колебаний. График этих колебаний представлен на рисунке 5.27, а. При включенном микрофоне звуковые волны возбуждают в его цепи электрические токи низкой частоты. Для этих токов конденсатор обладает большим сопротивлением. Поэтому переменное напряжение, создаваемое на концах обмотки L2 трансформатора, оказывается целиком приложенным к участку цепи база—эмиттер. Медленные колебания этого напряжения приводят к медленному изменению амплитуды высокочастотных колебаний в цепи контура генератора.

Рис. 5.27

Модуляция гармоническими колебаниями звуковой частоты

Рассмотрим простой случай, когда модулирующие колебания в цепи микрофона являются гармоническими и происходят с частотой Ω (рис. 5.21,б). Тогда амплитуда колебаний в контуре генератора будет периодически меняться с частотой Ω, и ее можно записать в форме

Коэффициент k называется глубиной модуляции; при k = 0 модуляция отсутствует. Максимальные значения амплитуды колебаний силы тока в контуре 1max = Im0(1 + k), а минимальные значения равны 1min = Im0(1 - k). Поэтому глубина модуляции

Глубина модуляции определяется амплитудой колебаний силы тока в цепи модулятора.

Изменение силы тока в контуре генератора с течением времени в соответствии с выражением (5.10.2) запишется так:

Так как частота модуляции Ω << ω, то амплитудно-модулированные колебания можно приближенно рассматривать как гармонические колебания с периодически медленно меняющейся амплитудой (рис. 5.27, в). Временную развертку модулированных колебаний можно наблюдать на экране осциллографа, если подать на него напряжение с контура генератора.

Частотный спектр модулированных колебаний

Очень существенно, что при модуляции меняется частотный спектр колебаний. Модулированные колебания — это не просто наложение гармонических колебаний с различными частотами ω и Ω. Сейчас мы это увидим.

Вспомним известную из тригонометрии формулу для произведения синусов:

Учитывая это, вместо выражения (5.10.4) получим

Амплитудно-модулированное колебание в нашем простом случае представляет собой сумму трех гармонических колебаний, происходящих с частотами ω, ω + Ω и ω - Ω. Наряду с колебаниями несущей частоты появились дополнительные колебания с частотами ω + Ω и ω - Ω, называемыми боковыми частотами. Амплитуды колебаний верхней (ω + Ω) и нижней (ω - Ω) боковых частот одинаковы и определяются глубиной модуляции. На рисунке 5.28 представлен спектр модулированных колебании.

Рис. 5.28

Преобразование колебаний, связанное с появлением новых частот колебаний, называется нелинейным. Модуляция — нелинейный процесс; она осуществляется с помощью устройства, вольт-амперная характеристика которого нелинейна. При передаче речи и музыки модулированные колебания имеют сложный спектральный состав. Вместо двух боковых частот ω + Ω и ω - Ω возникают боковые полосы частот (рис. 5.29). И эти полосы тем шире, чем больше информации содержится в передаваемом сообщении.

Рис. 5.29

Чтобы передаваемая информация не искажалась, необходимы передача и прием всей полосы частот. Поэтому несущие частоты радиостанций не должны быть близки друг к другу. Иначе полосы частот, на которых работают станции, перекрываются, и станции мешают друг другу. Особенно широкую полосу частот имеет видеосигнал телевизора (см. § 5.16). В нашей стране ширина видеосигнала 6 МГц. Из-за этого несущая частота телевизионного сигнала должна быть очень большой. Иначе один телевизионный передатчик перекроет весь диапазон используемых для радиосвязи частот.

Сужения частотного спектра достигают передачей одной лишь боковой полосы частот. (Телевидение нашей страны использует верхнюю полосу частот.) Вся необходимая информация содержится в этой полосе.

Другие виды модуляции

Амплитудная модуляция является наиболее простой и широко применяется в радиовещании. Видеосигнал телевизора также получают с помощью амплитудной модуляции.

Частотную модуляцию сложно осуществить технически и частотно-модулированный сигнал занимает большую полосу частот, чем амплитудно-модулированный. Но зато частотно-модулированный сигнал менее чувствителен к разного рода помехам, искажающим передаваемую информацию. Поэтому частотная модуляция используется для передачи в диапазоне УКВ, где на каждую станцию может быть выделена достаточно большая полоса частот (в 15—20 раз большая, чем в диапазоне средних и длинных волн). Звуковое сопровождение телевизионных передач также использует частотную модуляцию.


* В этой схеме модулирующее напряжение подается на базу транзистора. В других схемах модулирующее напряжение может подаваться на цепь коллектора.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru