Hochlinearer Amplitudenmodulator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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Ein Amplitudenmodulator mit guter Linearität kann theoretisch bei einer Modulationssignalfrequenz arbeiten, die gleich der Trägerfrequenz ist. Der Transistor Q1 teilt die modulierende Eingangsspannung in zwei gegenphasige bipolare Signale. Schalter an den Transistoren Q2 und Q3 lassen jeweils die positiven und negativen Halbwellen des rechteckigen Trägers durch. Unterbrochene modulierte Signale (Punkte C und D) werden unter Verwendung der Widerstände R5 und R6 summiert.

Der Amplitudenmodulator, dessen Schaltung in der Abbildung dargestellt ist, weist eine gute Linearität auf und arbeitet, wenn sich die Frequenz des Modulationssignals von Null auf die Hälfte der Trägerfrequenz ändert. Die Linearität der Schaltung bleibt bis zu einem Modulationsfaktor von 97,5 % erhalten. Die Verbindung zwischen den einzelnen Stufen erfolgt galvanisch ohne den Einsatz von Induktivitäten oder großen Kapazitäten.

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Der Transistor Q1 ist ein Phasenteiler des Modulationssignals, während das Signal am Emitter von Q1 eine Phasenverschiebung und eine Amplitude aufweist, die etwas niedriger als der Eingangspegel ist. Die Gleichstromkomponente des Modulationssignals beträgt etwa -5 V am Emitter des Transistors Q1 und +5 V an seinem Kollektor, wobei die Signalphase gegenüber dem Eingang um 180° verschoben ist. Die Hochgeschwindigkeitsschalter an den Transistoren Q2 und Q3 wechseln als Reaktion auf ein Eingangsträgersignal zwischen gesättigt und ausgeschaltet. Dieses vorzugsweise rechteckige Signal wird über Widerstände R2, R3 und Dioden D1, D2 den Basen der Transistoren Q1 bzw. Q2 zugeführt. Dioden schützen Transistoren vor einer erhöhten Basis-Emitter-Sperrspannung, die bei einem hohen Trägerpegel auftreten kann. Die Kondensatoren C1 und C2 dienen dazu, die Schaltzeit der Transistoren Q2, Q3 zu verkürzen.

Die Kollektoren der Transistoren Q2, Q3 sind über die Widerstände R1 und R3 mit den Ausgängen des Phasenteilers Q4 verbunden. Diese Widerstände werden verwendet, um das Basisband und die Basisbandschaltungen zu entkoppeln. In jeder positiven Halbwelle des Trägers wird das Modulationssignal am Kollektor des Transistors Q1 von seinem Mittelwert von 5 V durch den Transistor Q2 auf Null geschaltet. Als Ergebnis wird am Kollektor des Transistors Q2 ein intermittierendes Modulationssignal gebildet. In ähnlicher Weise wird das Modulationssignal am Emitter des Transistors Q1 durch den Transistor Q3 unterbrochen, wobei der Transistor Q3 während jeder negativen Halbwelle des Trägers von Aus auf Sättigung übergeht.

Positive und negative diskontinuierliche Modulationssignale werden in einer einfachen Summierschaltung gemischt, die aus den Widerständen R5 und R6 besteht. Wenn sie summiert werden, heben sich die in den diskontinuierlichen Basisbandsignalen vorhandenen Zerhackerfrequenzkomponenten gegenseitig auf. Somit gibt es im Fall einer idealen Balance keine Komponenten mit einer Modulationsfrequenz im Spektrum des ausgegebenen modulierten Signals, und es sind nur Nebenkomponenten der Modulation vorhanden. Theoretisch ist es in diesem Fall möglich, die Frequenz des modulierenden Signals auf eine obere Grenze gleich der halben Trägerfrequenz zu erhöhen, ohne eine komplexe Filterung anzuwenden. Die Einhüllende des modulierten Signals ist in diesem Fall in Bezug auf das Eingangsmodulationssignal gegenphasig.

Die Ausgangsspannung der Schaltung ist eine amplitudenmodulierte Rechteckwelle, die ihrerseits die ungeradzahligen Harmonischen der Grundfrequenz enthält. (Das Spektrum des Ausgangssignals kann als nwc±wm geschrieben werden)m, wobei wc die Trägerfrequenz, wm die Basisbandfrequenz und n=1 ist; 3; 5; ... .) Um einen sinusförmigen Träger zu erhalten, muss das Ausgangssignal gefiltert werden. Ein Tiefpassfilter kann verwendet werden, um die Grundfrequenz des Trägers und seine Seitenbänder zu extrahieren, da das Spektrum des Ausgangssignals keinen Anteil mit der Modulationsfrequenz enthält. Um jedoch Oberschwingungen wс zu isolieren, muss ein Bandpassfilter verwendet werden.

Die Frequenzeigenschaften des Modulators hängen hauptsächlich von der Geschwindigkeit der Schalttransistoren ab. Für die in der Figur gezeigten Transistoren beträgt die obere Frequenz des modulierten Ausgangssignals 1 MHz. Der Modulator selbst hat einen flachen Frequenzgang und bleibt bis zu einer Modulationsfrequenz von 250 kHz linear, danach macht sich die Hüllkurvenverzerrung sogar mit dem Auge bemerkbar. Mit einer Trägerfrequenz von 100 kHz und einer Modulationsfrequenz von 1 kHz kann eine lineare Modulation mit einer Tiefe von bis zu 95 % erreicht werden.

Im Open-Loop-Modus beträgt der maximale modulierte Ausgangshub 7,4 V bei einem Eingangshub von 14 V. Der minimale Trägerhub am Modulatoreingang zur Erzeugung eines Rechteckwellenausgangs beträgt 2,8 V. alle unerwünschten Effekte. Die Form des Modulationssignals kann beliebig sein.

Als Träger kann auch ein Sinussignal verwendet werden, allerdings ist der Unterbrechungsprozess schlechter. Der minimale Peak-to-Peak-Sinusträger beträgt 4 V. Bei einer Trägerfrequenz von 10 kHz und einem modulierenden Signalhub von 14 V kann eine lineare Modulation von bis zu 97,5 % erreicht werden.

Der minimale Trägertreiberpegel ändert sich bei niedrigeren Trägerfrequenzen nicht wesentlich. Gleichzeitig verschlechtern sich die technischen Eigenschaften des Modulators bei höheren Frequenzen etwas - die maximale Tiefe der linearen Modulation nimmt ab und beträgt 94% bei 500 kHz und 88% bei einer Frequenz von 1 MHz. Bei höheren Frequenzen nimmt auch der Ausgangspegel ab. Um den Frequenzbereich zu erweitern, können Sie schnellere Tastentransistoren verwenden und die Impedanzen der Schaltungsstufen verringern.

Es ist auch möglich, ein Absinken des Ausgangssignals bei hohen Frequenzen durch Erhöhen der Versorgungsspannungen zu verhindern. Die maximale Modulationstiefe wird theoretisch durch die Sättigungsspannung der Chopper-Transistoren begrenzt; diese Spannung wirkt sich bei hohen Versorgungsspannungen nicht so stark aus. Die Verwendung von mit großer Genauigkeit ausgewählten Widerstandspaaren (R3-R4, R5-R6, R7-R8) gewährleistet die Gleichheit positiver und negativer Momentanwerte der Ausgangsmodulationssignale.

Autoren: Santa Fe College (Gainesville, Florida); Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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