Проектное решение модулятора

Рассмотрим устройство формирования ЧМ сигналов прямым методом. В модуляторах этого типа используют линейную зависимость частоты колебаний f_Г автогенератора от резонансной f_К контура. Последнюю меняют с помощью специальных твердотельных приборов – варикапов. Варикапы под действием приложенного напряжения изменяют свою емкость согласно выражению C_В= C_ВТ/(1+x)ⁿ, где C_ВТ – емкость варикапа при постоянном напряжении E_ВТ на нем, x=e_В(t)/E_ВТ – нормированное мгновенное напряжение на варикапе. Показатель n=0,5 для «резких» переходов. Основные параметры варикапов: максимальная емкость C_В.МАКС для напряжения E_В, выбранного при определении его параметров; К_Д – коэффициент перекрытия, равный отношению C_В.МАКС/ C_В.МИН; добротность Q_В – и частота f_В – при измерении добротности; максимальное обратное напряжение e_{ОБР.МАКС}. На рис. 9 предложено схемное решение ЧМАГ, где варикап служит элементом колебательной системы автогенератора. Автогенератор выполнен как емкостная трехточка. База транзистора по высокой частоте соединена с корпусом. Положительная обратная связь создана емкостным делителем напряжения C4C5. Напряжение обратной связи поступает на резистор R4, включенный в эмиттерной цепи транзистора. Резонансная частота контура АГ определяется в основном элементами L3 и C3. Управляющий частотой колебательной системы АГ варикап подключен параллельно емкости контура с помощью емкости связи C_СВ (на схеме конденсатор С2). Емкость C_ДЕЛ делителя обратной связи АГ образована конденсаторами С4 и С5 и межэлектродными емкостями транзистора. Отношение сопротивлений делителя x_ДЕЛ и характеристического Z_С контура определяет коэффициент связи p_К активного элемента (транзистора) с его нагрузкой. Емкость C_К1(x)=С_К0+C_М(x), где С_К0 – на схеме соответствует C3.

В рассматриваемой схеме модулятора, имея в виду малые значения номинальных относительных отклонений частоты Δf’_НОМ < 10-2 и жесткую норму на защищенность от интегральной помехи, отдают предпочтение варикапу с «резким» переходом, когда n=1/2. Тогда модулирующая емкость контура изменяется нелинейно:

C_М(x)= C_СВC_ВТ/(C_ВТ+C_СВ )

Емкость C_К1 в режиме молчания:

C_К1= С_К0+p_ВC_ВТ,

где p_В=C_ВТ/(C_СВ+ C_ВТ) – коэффициент включения варикапа.

Нормированная крутизна СМХ по первой гармонике S’₁= p_У/4,

где p_У – коэффициент управления частотой АГ, равный p_В²C_ВТ/ C_КТ. Номинальная нормированная девиация частоты

Δf’_НОМ= S’₁X_НОМ,

где X_НОМ – относительная номинальная квазипиковая амплитуда модулирующего сигнала. Крутизна СМХ по второй гармонике

S₂= 3S₁/8.

Коэффициент гармоник по уровню второй гармонической модулирующего колебания K_2Ώ=3x/16.

При номинальной девиации частоты имеем K_2ΏМАКС=3X_НОМ /16, откуда следует, что для получения малого уровня нелинейных искажений надо минимизировать X_НОМ. Другим следствием нелинейности процесса управления частотой АГ изменением емкости КС является нелинейный сдвиг центральной частоты. Между девиацией частоты Δf’_НОМ и этим продуктом нелинейности существует связь:

Δf₀._F.НОМ = K_2Ώ(Δf’_НОМ) f_МТ.

 

Известно, что собственные шумы транзистора АГ значительно ниже создаваемых варикапом. Помеха определена в основном изменениями напряжения источника смещения EВТ и связанных с ними вариаций положения рабочей точки на вольт-фарадной характеристике варикапа. Электронная стабилизация этого напряжения обязательна, тогда относительные изменения напряжения ΔE’_ВТ=ΔE_ВТ/E_ВТ составляют (0,1…1,0)×10-3. Квазипиковая амплитуда модулирующего сигнала U_F._НОМ должна превышать ΔE _ВТ (10^0,05Аип). Для достижения нормы на защищенность А_ИП от помехи следует выполнить условие

X_НОМ ≥ (ΔE_ВТ/ E_ВТ) (10^0,05Аип).

 

Рис. 9. Модулятор канала звука (ЧМАГ)

 

 

Расчет промышленного КПД

 

Расчет передатчика звука и выполним по формуле:

В этой формуле численный коэффициент учитывает многие не­большие затраты мощности, включая потери энергии первичного источника питания на приведение в действие системы охлаждения. В транзисторных радиостанциях выбирают большее значение этого ко­эффициента.

Расчет промышленного КПД завершает проектирование. Теперь точно известны потери в колебательной системе оконечного усилителя: ее контурный КПД и число элементов тракта от выхода оконечного усилителя до главного фидера. Пользуясь приведенными ниже приближенными оценками потерь в элементах тракта, найдем результирующее значение

где η _п - КПД отдельных элементов выходной цепи до главного фи­дера.

Их величины следующие: η_к - контура ≥0,9; η_сф -со­единительных фидеров ≥0,95; η_мс - моста сложения ≥0,9 для мощно­стей до 1 кВт и 0,95 для больших суммируемых мощностей; η_ф - фильтров ≥0,9; η_ру - развязывающих устройств (вентилей и циркуля­торов) ≥0,95.

Тогда: