§5.10. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ г

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 .

Рис. 5.26

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 мо-дулятора. В результате генератор работает так же, как и в отсутствие модулирующей цепи.

Если микрофон отключен, то генератор вырабатывает гармонические колебания:

ix = Im0 sin cof, (5.10.1)

где со — несущая частота, a ImQ — постоянная амплитуда коле-баний. 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 высоко-частотных колебаний в цепи контура генератора.? Модуляция гармоническими колебаниями звуковой частоты

Рассмотрим простой случай, когда модулирующие колебания в цепи микрофона являются гармоническими и происходят с частотой Q (рис.

Іш=Іт 0(1+*8ІПШ). (5.10.2)

Коэффициент k называется глубиной модуляции; при k = 0 модуляция отсутствует. Максимальные значения амплитуды ко- лебаний силы тока в контуре 1так = ImQ( 1 + k), а минимальные значения равны Jmin = ImQ( 1 - к). Поэтому глубина модуляции

k Imax " J/nin . (5.10.3)

max min

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:

i2 = Im0( 1 + k sin Ш) sin соf. (5.10.4)

Так как частота модуляции ?2 со, то амплитудно-модули- рованные 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 со и ?2. Сейчас мы это увидим.

Вспомним известную из тригонометрии формулу для произведения синусов:

sin a sin Р = | cos (а - Р) - і cos (а + Р).

Учитывая это, вместо выражения (5.10.4) получим

Ik Ik

І2=1т0 Sin cof + -Щ- cos (CO - ?2)f - -y- cos (CO + ?2)f. (5.10.5)

Амплитудно-модулированное колебание в нашем простом слу-чае представляет собой сумму трех гармонических колебаний, происходящих с частотами со, со + Л и со - ?2. Наряду с колебания-ми несущей частоты появились дополнительные колебания с частотами со + ?2 и со - ?2, называемыми боковыми частотами. Амплитуды колебаний верхней (со + ?2) и нижней (со - ?2) боковых частот одинаковы и определяются глубиной мо-дуляции.

С- «ТТ (0 - і2 со <0 + !

спектр модулированных колебании. Преобразование колебаний, связанное с появ- Рис. 5.28 ilk

ж

со

(О

Рис. 5.29

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

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 ис-пользует 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.