Схемная реализация фазовой модуляции

Для осуществления фазовой модуляции (ФМ) нужно иметь устройство, на выходе которого фаза колебаний изменяется пропорционально модулирующему сигналу. Для этого можно использовать те же самые управляемые реактивные сопротивления Х_у(t). Однако подключать их нужно к контуру усилителя, а не генератора, как это имело место в случае ЧМ. Схема ФМ показана на рис.16.

Напряжение на входе усилителя . Частота настройки контура в выходной цепи усилителя равна частоте входного сигнала .

При подаче модулирующего напряжения на реактивное управляемое сопротивление Х_у изменяется частота настройки контура. Частота выходных колебаний в стационарном режиме при любой настройке контура равна частоте w_о входного сигнала. Изменение резонансной частоты контура вызывает изменение амплитуды и фазы напряжения на контуре. Их величины при заданном токе i_к1 определяются по частотной и фазовой характеристикам контура. На рис.17 построены частотные Z (w) и фазовые характеристики j(w) контура для трех значений резонансной частоты w₁<w_о; w₂=w_о; w₃>w_о.

На рис.18 для этих же трех случаев построены векторные диаграммы.

При любой настройке контура сдвиг фаз напряжения на контуре по отношению к току определяется ординатой фазовой характеристики на частоте w_o, а эквивалентное сопротивление - ординатой частотной характеристики на частоте w_o. Если резонансная частота контура медленно изменяется под действие управляющего сигнала от w₁ до w₃ и обратно, фаза выходного напряжения (напряжения на контуре) меняется между и , т.е. имеет место фазовая модуляция напряжения на контуре. Одновременно в результате изменения эквивалентного сопротивления контура для частоты w_о возникает паразитная АМ.

Уравнение фазовой характеристики контура с добротностью Q имеет вид

. (25)

где .

Если Dw изменяется пропорционально модулирующему сигналу u _W, то неискаженная ФМ имеет место, когда изменение j пропорционально Dw, т.е. на линейном участке фазовой характеристики (1), где tg j» j. Это справедливо лишь для небольших индексов модуляции, не превышающих 20¼30^о.

ФМ - колебание можно получить с помощью частотного модулятора. При осуществлении фазовой модуляции первичным сигналом x(t) получается колебание

,

при осуществлении частотной модуляции сигналом y(t) получается колебание

.

Следовательно, если сначала продифференцировать сигнал x(t), т.е. получить y (t)= dx (t)/ dt, а затем осуществить частотную модуляцию сигналом y (t), то получим ФМ колебание. При этом возможно достижение ФМ с большими индексами М.

При малых индексах модуляции М сигнал с фазовой модуляцией можно получить с помощью способа, основанного на преобразовании АМ в ФМ - колебание. Структурная схема такого устройства приведена на рис.19. На балансный модулятор (БМ) подаются высокочастотное колебание u₁ частоты w_о и модулирующее напряжение u _W (в дальнейшем полагаем, что

u _W = U _W× sin W t. В сумматоре осуществляется сложение напряжения, полученного на выходе БМ, с напряжением несущей частоты, повернутым по фазе на 90^о в фазовращателе (ФВ). Если бы напряжение поступало на сумматор без поворота фазы (j=0), то на выходе схемы рис.19 получилось бы АМ - колебание u _АМ, образование которого поясняется векторной диаграммой рис.20а. В схеме рис.19 те же компоненты верхней и нижней боковых частот, существующие на входе БМ, складываются с вектором (рис.20б), повернутым на 90^о относительно U ₁, в результате чего и получается ФМ колебание:

 

/ 8.1(1), 8.1(6), 8.2(4) /

 

Контрольные вопросы

1. Как характеризуется колебание фазовой модуляции?

2. Что называется индексом модуляции?

3. Что называется девиацией частоты?

4. Какие имеются отличие между ЧМ и ФМ?

5. Что с собой представляет реактивный каскад?

ЛЕКЦИЯ 14. ГЕНЕРИРОВАНИЕ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

1. Генераторы гармонических и разрывных колебаний

2. Автогенератор с индуктивной связью

3. Условия самовозбуждения автогенератора

4. Стационарный режим автогенератора

5. Мягкий и жесткий режим самовозбуждения колебаний

6. Аналитический критерий устойчивости