книги / Радиопередающие устройства
..pdfсхемы УМК не отличаются от схем обычных генераторов с внеш ним возбуждением.
Усилители модулированных колебаний целесообразно исполь зовать в мощных многокаскадных передатчиках, в которых приме нять сеточную модуляцию в мощном выходном каскаде неэконо мично. В таких передатчиках можно, осуществив неглубокую мо дуляцию в одном из маломощных промежуточных каскадов, путем углубления в последующих усилителях модулированных колебаний довести ее до нормальной.
5.5. МОДУЛЯЦИЯ НА АНОД Принципы осуществления анодной модуляции
.Анодной модуляцией называется управление колебаниями радио частоты генератора изменением его анодного напряжения по за кону модулирующего сигнала. Принципиальная схема осуществ ления анодной модуляции приведена на рис. 5.12. Анодная моду ляция применяется в передатчиках близкой радиотелефонной свя- -зи гражданской авиации.
Для осуществления анодной модуляции напряжение низкой (звуковой) частоты вводится в цепь анода лампы последователь но с напряжением источника анодного питания. В результате это го напряжение на аноде лампы изменяется по закону
£ а = ; £ а,н ес + U a Q COS Q t,
где £ а.нес — постоянное напряжение на аноде в режиме несущей •частоты; UaQ — амплитуда модулирующего напряжения.
Преобразовав это уравнение, получим
£ а = £а.ыес ( 1 + |
■■ t/<>° - COS й t\ = £ „ .„ec (1 + |
ШCOS£2 t), |
где т = £ а а / £ а.нес — коэффициент модуляции |
(глубина). |
|
Глубина анодной модуляции зависит от значения модулирую |
||
щего напряжения |
Uaa. Следовательно, при |
т = 1 модулирующее |
напряжение достигает значения, равного напряжению источника питания VaQ= £а.неС- При этом воздействие модулирующего напря жения на генератор максимально и напряжение на аноде изме няется от £ а .мнн = 0 до £ а .м ак с= 2 £ а.нес, т. е. до удвоенного значения напряжения в несущем режиме. Изменение напряжения вызывает изменение анодного тока — первой гармоники / аi и постоянной составляющей / ао-
Статическая модуляционная характеристика. Режимы работы генератора
При анодной модуляции статические модуляционные характерис тики выражают зависимости первой гармоники и постоянной сос тавляющей анодного тока от напряжения на аноде, т. е. / аi =
Рис. 5.12. Схема анодной модуляции
Рис. 5.13. Статические модуляционные рактеристики при анодной модуляции
= f(E a), Ia0= f (E a). Из рис. 5.13 видно, что они довольно прямо линейны. Это достигается автоматическим смещением за счет пос тоянной составляющей сеточного тока. Одновременно с линеализацией статической модуляционной характеристики автоматичес кое смещение вызывает уменьшение сеточного тока, а следова тельно, и мощностей рассеяния на сетке лампы и возбуждения, что приводит к облегчению теплового режима управляющей сетки.
Статические модуляционные характеристики можно получить экспериментально следующим образом. При большом напряжении на аноде импульс анодного тока большой и по форме остроконеч ный, синусоидальный (рис. 5.13,6). Режим работы генератора при этом недонапряженный (точка 1 на рис. 5.13,а). При уменьше нии анодного напряжения анодный ток уменьшается сначала не значительно, импульс анодного тока остается синусоидальным (точка 2 на рис. 5.13,а). Режим работы генератора становится критическим. Дальнейшее уменьшение напряжения на аноде соп ровождается уменьшением анодного тока уже в большей степени и появлением сеточного тока. В импульсе анодного тока появляет ся впадина за счет появления сеточного тока (точка 3 на рис. 5.13,о). Режим работы генератора становится перенапряженным. Чем меньше анодное напряжение, тем меньше ток анода и тем больше ток в цепи управляющей сетки. Режим работы генератора становится все более перенапряженным. Таким образом, статичес
кая |
модуляционная характеристика |
Iai = f(E a) в недонапряжен- |
ном |
режиме имеет незначительный |
уклон и изменение анодного |
напряжения даже в больших пределах не вызывает заметных из менений анодного тока 1а\. В перенапряженном режиме статичес кая модуляционная характеристика имеет довольно крутой и про должительный линейный участок. Если исходную рабочую точку выбрать на середине линейного участка статической модуляцион ной характеристики при перенапряженном режиме, то даже не-
222
большие изменения напряжения на аноде вызовут значительные изменения первой гармоники анодного тока. Отсюда следует, что глубокая анодная модуляция возможна только в перенапряжен ном режиме.
Анлиз идеализированных статических модуляционных характе ристик показывает следующее:
а) составляющие анодного тока — первая гармоника 7aJ и пос тоянная составляющая / ао — линейно зависят от напряжения на
аноде; это означает, что 7а1 |
и / ао |
изменяются по тому же закону, |
|
что и напряжение на аноде |
£ а, т. е. / ai = / ai „e c ^ + ^ c o s £27), / ао = |
||
=/aOH(/+mcos £2/); |
при 100%-ной модуляции (т= 1) из |
||
б) анодное напряжение |
|||
меняется от |
нуля ( £ а .мин = 0) до |
удвоенного значения анодного |
|
напряжения |
в несущем режиме |
(т. е. до Еа.макс—£*а.нес ( 1 + т ) = |
|
= 2 £ а.нес!
в) при максимальном анодном напряжении генератор работает •в критическом режиме и отдает максимальную мощность Р маКс;
г) рабочую точку на статической модуляционной характерис тике в несущем режиме надо выбирать на середине ее линейного участка (точка 3 на рис. 5.13).
Мощности при анодной модуляции
В процессе анодной модуляции изменяются анодное напряжение и анодные токи (переменный 1Я\ и постоянный 7ао), а следователь но, изменяются и мощности в анодной цепи генератора:
подводимая мощность
Ро т= 7а о тЕат== /а оное (1 + т ) Е а.нес ( 1 + т ) = Р 0 нес ( 1 + т ) 2
и колебательная мощность, отдаваемая лампой:
Р л. m— 0,5 I a\fHUат'== 0,5 7а.несUа,пес (1 + |
Щ) * = Р ~ н (1 + т ) 2. |
Таким образом, в процессе анодной |
модуляции подводимая и |
колебательная мощности изменяются по квадратичному закону (рис. 5 .14). Мощность, рассеиваемая на аноде лампы, можно оп
ределить как |
разность между |
подводимой Р 0 |
и колебательной |
мощностями: |
Р а = Р 0— Р ~ Из |
рис. 5.14 видно, |
что наибольшая |
мощность выделяется на аноде в максимальном режиме. Однако этот режим не является продолжительным. Поэтому подводимая мощность и тепловой режим анода определяются не мгновенными максимальными значениями, а некоторыми средними значениями:
Р 0 сР = Р о н е с (1 + 0 ,5 т 2) И Ра.ср^Ра.нес ( 1 + 0 ,5 т 2) ,
ГДе Р а.пес= Ро»— Р ~ н-
Из формулы видно, что рассеиваемая на аноде средняя мощ ность увеличивается по сравнению с мощностью в несущем режи ме в ( 1 + 0 ,5 т 2) раз, при т = 1 — в 1,5 раза.
р
Предел электрической прочности
Рис. 5.14. Графики |
изменения мощ |
Рис. 5.15. График изменения анодного |
ностей при анодной |
модуляции |
напряжения при анодной модуляции |
Коэффициент полезного действия выходной цепи генератора, модулируемого на анод:
Р ~ т _ |
0, 5 / alH^a.npC(1+ |
т )2 = 0 , 5 | |
^а!нес |
Рот |
U OB £ а.нес (1 + |
т )2 |
^аонес |
Поскольку статические модуляционные характеристики линей ны, то отношение токов
I а 1 несД а 0 нес — -^а.максО^/а.максССо — (Xi/<Хо
будет иметь постоянное значение.
Следовательно, КПД модулируемого на анод генератора зави сит от угла отсечки (ai/ao = f(Q )) и степени напряженности режи ма (значения £). Поскольку угол отсечки при анодной модуляции не изменяется, то отношение ai/ao — постоянное. Коэффициент использования анодного напряжения £ при анодной модуляции — также постоянный. Это можно показать так. Напряжение на вы ходном контуре при модуляции
U a = I ъ \/?э = /а.нес (1 4“ ПХ COS й / ) — U а.нес ( 1 4 * ПХ COS |
. |
|
В процессе модуляции на анод |
|
|
|
(1+m cosQ t). |
|
Таким |
образом, |
|
£ = |
Ua/Ea = [Е/а.нес (1 + / Я COS f i / ) /[«Са.нес ( 1 +/W COS Q f ) ] = |
|
== t^a.Hec/£,a.Hec== Const. |
|
|
Постоянство коэффициента использования анодного напряже ния при анодной модуляции является важным ее достоинством. В
224
реальных условиях 1= 0,85... 0,96 и 0=90°. При этом коэффициент полезного действия выходной цепи генератора r) = 0,5|aii/ao = 0,5x Х0,96/1,56=0,75. Отсюда видно, что КПД анодной цепи генера тора при анодной модуляции больше, чем при сеточной модуляции изменением смещения.
Выбор лампы при анодной модуляции
Лампа для генератора, модулируемого на анод, должна удовлет ворять следующим требованиям: обладать достаточной электриче ской прочностью, обеспечивать заданную колебательную мощ ность.
Напряжение на аноде лампы при анодной модуляции изменя ется ПО закону еа = £а.нес+ ^аа cos Qt~'Ua cos at. При 100%-ной анодной модуляции ( т = 1 ) напряжение анодного питания в мак
симальной ТОЧКе £*а.мвкс = £*а.нес ( 1 + т ) = 2 £ а.нес» Т. 6. в 2 раза пре
вышает напряжение в несущем режиме. А мгновенное значение напряжения на аноде достигает максимального, которое превыша ет напряжение в несущем режиме примерно в 4 раза:
^а.макс ==-£'а.макс“Ь U а.макс = £ а .м а кс + 1 £ а.макс — 2 £ а.нес + | 2 £ а.нес —
~ 4-Еа.нес-
Однако продолжительность действия этого напряжения неве лика, что видно из рис. 5.15. Современные триоды обладают доста точной электрической прочностью и выдерживают превышение ус тановленного для ламп предельного значения постоянного напря жения анодного питания. Поэтому лампу для модулируемого на анод генератора выбирают такой, чтобы в режиме несущей час тоты ее анодное напряжение £ а.нес было равно номинальному. Из менение анодного напряжения приведено на рис. 5.15.
Мощность, которую лампа должна обеспечивать в максималь ном режиме, Р „ мкс = Р ~ н (1 + т ) 2. Анодный ток в максимальном
режиме |
равен |
току |
лампы |
при |
номинальной мощности: / а1 макс= |
= -^а.ном* |
Тогда |
Р ~ макс—0,5/ai макс^а1 макс—0,5/а .ном^а.ном( 1 + т ) . |
|||
При т = |
1 Р ~ макс = |
2 Р ~ ном- |
Э то |
означает, что генераторную лам |
|
пу при анодной модуляции следует выбирать исходя из номиналь ной мощности Р~ном = Р~ макс/2 = 4Р^ Н/2 = 2 Р ^ н, т. е. равной уд военной мощности несущего режима. А при сеточной модуляции установочная мощность лампы превышает мощность в несущем режиме в 4 раза. Таким образом, установочная мощность лампы при анодной модуляции в 2 раза меньше, чем при сеточной мо дуляции.
Мощность в цепи управляющей сетки при анодной модуляции определяется в режиме минимальной мощности, когда импульс сеточного тока достигает максимального значения Р „ с = 0,5UCX
X Ici макс*
8-1 |
225 |
Рис. 5.16. Схема модуляции с двухтактным модулятором
ществ по сравнению с сеточной не имеет. Но при использовании двухтактной схемы модулятора, работающего в классе В с высо ким КПД, анодная модуляция энергетически выгоднее сеточной.
Поскольку КПД каскада при анодной модуляции большой, то применяют ее в мощных выходных каскадах передатчиков. В про межуточных каскадах анодную модуляцию применять нецелесооб разно, так как следующие каскады должны будут работать в ре жиме усиления модулированных колебаний, а значит, с низким КПД.
Схема анодной модуляции с двухтактным модулятором приве дена на рис. 5.16. Физические процессы в схеме протекают сле дующим образом. До начала разговора перед микрофоном на входе генератора в цепи управляющей сетки действуют напряже ние автоматического Ec = IcRc и напряжение возбуждения ис. Ге нераторная лампа при этом работает в режиме несущей частоты, и антенна излучает немодулированные колебания радиочастоты. При разговоре перед микрофоном колебания звуковой частоты уси ливаются модулятором и со вторичной обмотки модуляционного трансформатора вводятся в цепь анода генераторной лампы. В результате колебания радиочастоты модулируются и антенна из лучает модулированные колебания.
Анодная модуляция осуществляется в каскадах на триодах. При анодной модуляции в каскаде на тетроде в те моменты, ког да напряжение на аноде уменьшается и становится ниже напря жения на экранирующей сетке, ток экранирующей сетки оказыва ется очень большой и мощность рассеивания Рс2 превышает до пустимую РС2 доп. Поэтому в каскадах на тетродах применяют анодно-экранную модуляцию.
5.6. КОЛЛЕКТОРНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Для осуществления коллекторной модуляции модулирующее нап ряжение вводится в цепь коллектора транзистора последовательно
снапряжением коллекторного питания Е к, как показано на рис.
5.17.Если модуляция осуществляется напряжением звуковой час-
8* |
227 |
Eizj
Сбп
и
L
- п
Рис. 5.17. Схема простой коллекторной модуляции (а) и статические модуляцион ные характеристики при коллекторной мо дуляции (б)
тоты одного тона U = U Q cos Q t, то результирующее напряжение на коллекторе транзистора изменяется по закону
ик = £ к + £/Q/ = £ K [1 + (UK/EK ) C O S Q ^]=£,k (1 + tn cos Ш ),
где m — коэффициент модуляции коллекторного напряжения. Изменение коллекторного напряжения вызывает изменение то
ка в коллекторной цепи. Зависимость амплитуды тока первом гармоники / кi от напряжения на коллекторе Е к называется стати ческой модуляционной характеристикой при коллекторной моду ляции. Такие характеристики приведены на рис. 5.17,6. Как вид но из рисунка, эти характеристики достаточно прямолинейны. Ра бочая точка в исходном режиме выбирается на середине прямоли нейного участка модуляционной характеристики путем подачи на коллектор постоянного напряжения определенного значения Е Кн-
При линейной коллекторной модуляции коллекторный ток / м изменяется пропорционально изменению коллекторного напряже ния, т. е. 7к1=/кн1+А/кн1 c o sQ /= /KHi(l+tficos£2/).
Это изменение коллекторного тока происходит за счет перера спределения тока эмиттера между коллектором и базой, т. е. кол лекторная модуляция осуществляется в перенапряженном режиме. В этом случае с уменьшением абсолютного значения коллектор ного напряжения увеличивается провал в импульсе коллекторного тока, соответственно уменьшаются составляющие базового тока, как показано на рис. 5.17,6.
Появление значительных базовых токов при коллекторной мо дуляции приводит к наличию следующих существенных недостат ков одинарной (простой) коллекторной модуляции:
большая мощность источника напряжения возбуждения, так как / Б1 — большой;
разное изменение входного сопротивления модулируемого ге нератора, а также мощности возбуждения за период модулирую щего напряжения;
необходимость в отдельном источнике смещения с большим и значительно меняющимся током потребления / Б0.
Для обеспечения 100%-ной коллекторной модуляции, т. е. при т = 1, от модулятора требуется мощность
P Q= 0,5 UQI Q =0,5 т £ ’к ^ /к о = 0,5 т 2Р к о = 0 ,5 Рко,
т. е. при коллекторной модуляции мощность модулятора соизме рима с мощностью, потребляемой от источника постоянного на пряжения.
Комбинированная коллекторная модуляция. Улучшить качество модуляции и повысить энергетические показатели передатчика при коллекторной модуляции можно, дополнив ее автоматической модуляцией базовым смещением или базовой модуляцией возбуж дением. Такие способы модуляции называются комбинированными.
Двойная коллекторная модуляция. Одна из схем такой моду ляции приведена на рис. 5.18. В этой схеме модулирующее напря жение вводится одновременно в цепь коллектора и в цепь базы. В цепь коллектора модулирующее напряжение вводится от мо дулятора с помощью модуляционного трансформатора Т1. В цепи базы модулирующее напряжение создается автоматически на це почке базового автосмещения 7?бСб. Это достигается выбором ем кости конденсатора Со такого значения, при котором сопротивле ние его для токов модулирующей частоты оказывается большим.
Основной модуляцией является коллекторная, а базовая — внутренней. При двойной коллекторной модуляции режим работы генератора остается перенапряженным. Но степень напряженности режима значительно снижается за счет автоматически создавае мой модуляции базовым смещением. В результате существенно уменьшается ток базы, что ведет к устранению недостатков оди нарной коллекторной модуляции.
Тройная коллекторная модуляция. Для осуществления тройной коллекторной модуляции модулирующее напряжение подается в коллекторную цепь выходного каскада и в коллекторную цепь предыдущего каскада, как показано на рис. 5.19. При этом в ре-
Рис. 5.18. Схема двойной коллектор ной модуляции с постоянным воз буждением
Рис. 5.19. Схема трой ной модуляции
зультате коллекторной модуляции предыдущего каскада напряже ние на его выходе (точки 1, 2 на рис. 5.19) изменяется по закону изменения модулирующего сигнала и передается в цепь базы вы ходного каскада (точки 3, 4 на рис. 5.19). Поэтому ток базы транзистора выходного каскада будет изменяться по тому же за кону. А поскольку в цепи базы включена цепочка автоматическо го смещения R^C^y то напряжение смещения £ Б 4 - 5 на рис. 5.19 будет также изменяться по закону модулирующего напряжения.
В результате в выходном каскаде осуществляется три модуля ции: коллекторная модуляция питанием (t/QK2), базовая модуля ция возбуждением (UQB 2 ) и автоматическая модуляция смещени ем ( £ Б4- 5). Поэтому при тройной модуляции модулируемый гене ратор может работать как в перенапряженном, так и в недонапряженном режиме. Чаще всего в качестве максимального режима выбирается критический или слабо перенапряженный.
Достоинство тройной коллекторной модуляции в том, что ток базы имеет малое значение, что снижает мощность, потребляемую от предыдущего каскада. Недостаток тройной коллекторной мо дуляции — большая мощность, потребляемая от модулятора, по скольку он работает на два каскада — выходной и предвыход ной.
Автоматическая коллекторная модуляция (АКМ). Рассмотрен ные выше базовая и коллекторная модуляции обладают сущест венными недостатками. При базовой модуляции — низкий КПД модулируемого выходного каскада передатчика по коллекторной цепи (г| = 0,35). При коллекторной модуляции требуется мощный модулятор. А так как он работает в режиме колебаний первого рода (в классе А), то КПД его низкий, что снижает общий КПД передатчика, несмотря на высокий КПД коллекторной цепи моду лируемого каскада.
При автоматической же коллекторной модуляции (рис. 5.20) устраняются недостатки как базовой, так и коллекторной модуля-