Мультивибратор с корректирующими диодами.

В радиотехнике часто возникает потребность в генераторе, который вырабатывает импульсы строго прямоугольной формы. Ранее было показано, что не прямоугольность импульсов на коллекторах транзисторов обычного мультивибратора связана с зарядкой конденсаторов С₁ и С₂. Через сопротивление Rколлектора 1 и закрытых транзисторов VT1 и VT2. Для исключения этого явления применяются схемы мультивибратора с корректирующими диодами.

	VT1		VT2

При закрывании транзистора VT1 конденсатор С₁ будет заряжаться по цепи: +Uп, R_k1’, С₁, переход Б-Э VT2, -Uп. Через резистор R_k1 ток не пойдет, т.к. диод VD1 включен в обратном направлении. В результате на коллекторе закрытого транзистора VT1 установится напряжение, практически равное напряжению источника питания практически мгновенно.

Аналогичный процесс происходит и для другого транзистора. При закрывании транзистора VT2 конденсатор С₂ будет заряжаться по цепи: +Uп, R_k2’, С₂, переход Б-Э VT1, -Uп. Через резистор R_k2 ток не пойдет, т.к. диод VD2 включен в обратном направлении. В результате на коллекторе закрытого транзистора VT2 установится напряжение, близкое к напряжению источника питания практически мгновенно. На коллекторах транзисторов мы будем наблюдать прямоугольные импульсы положительной полярности.

Лекция 7.

Тема: Преобразование спектров сигналов. Амплитудно-модулированные колебания, их временные и спектральные диаграммы. Детектирование амплитудно-модулированных сигналов.

Нелинейные преобразования электрических сигналов.

В электрической цепи, содержащей нелинейный элемент (элементы, у которых ВАХ не прямая линия) принцип суперпозиции не выполняется. Это приводит к тому, что спектр тока в нелинейной цепи оказывается более сложным, чем спектр воздействующего на него напряжения. Обогащение спектра в нелинейных цепях широко используется в радиотехнике. Для получения амплитудно-модулируемых сигналов, умножение частоты, преобразующие

частоты, преобразование частоты, детектирование и других преобразованиях. Обобщенная электрическая схема, которая используется для такого вида преобразований, показана на рис.1.

		Рис.1.
		Uвых

В качестве нелинейного элемента могут быть как полупроводниковые диоды, транзисторы, так и электронные лампы.

За счет этих элементов происходит обогащение спектра сигнала. Фильтр, включенный к выходу данного устройства, выделяет нужный интервал частот. В качестве фильтра могут быть использованы колебательный контур, RC- цепи.

Характер сигнала, поступающего на вход устройства, а также тип используемого фильтра определяется его функциональным назначением (для детектирования, для амплитудной модуляции…).

Рассмотрим амплитудную модуляцию и детектирование.

Для осуществления амплитудной модуляции используется следующая схема:

Для осуществления амплитудной модуляции на вход электрической схемы, показанной на рис.2, подается 2 электрических сигнала U₁ и U₂ гармонической формы. Одно из напряжений высокой частоты, которая называется несущей и второе напряжение низкой частоты, которое называется сигналом сообщения или модулирующей частотой , спектр которой занимает интервал частот .

На выходе данного устройства мы получаем амплитудно-модулируемый сигнал, спектр которого занимает интервал .

Изобразим этот спектр частот на рис.3.

 

 

Рис.3.

В устройстве, которое осуществляет амплитудную модуляцию в качестве фильтра используется колебательный контур, настроенный на несущую частоту и имеющей полосу пропускания .

Входное напряжение модулирующего устройства есть сумма двух мгновенных значений гармонических напряжений U₁ и U₂.

(1),

,

. (2)

Допустим, что рабочий участок ВАХ диода апроксимируется полиномом второй степени:

(3).

Подставим (2) в (1), а затем (1) в (3).

(4).

Далее сделаем следующие преобразования, используя формулы:

;

.

Умножим левую и правую части (4) на сопротивление параллельного колебательного контура, на , и сделаем тригонометрические преобразования.

,

(5)

Как видно из выражения (5) в спектре амплитудно-модулируемого сигнала присутствуют частоты: .

Кроме этого присутствуют постоянные составляющие, а именно, слагаемые 1,4,8 (у них нет множителя cos, который изменял бы эти составляющие).

Отметим, что сопротивление колебательного контура сильно зависит от частоты (смотри параллельный КК). По постоянному току сопротивление контура близко к нулю, поэтому слагаемыми 1,4,8 можно пренебречь. На низких частотах , а также на высокой частоте , которая значительно отличается от резонансной частоты , сопротивление контура очень мало. Тогда слагаемыми 3,5,9 можно пренебречь.

Значительное напряжение на КК создают слагаемые с частотами , лежащих в его полове пропускания, поскольку велико. Поэтому будет равно:
(6).

Введем обозначения:

и через .

Вынесем за скобки и сделаем следующие преобразования:

(6′)

(6′′)

Тогда:

(7).

Как видно из (7), выходное напряжение является амплитудно-модулированным с коэффициентом модуляции , где - это амплитуда модулирующего сигнала,

^- амплитуда несущей частоты.

Амплитуда модуляции должна быть такой, чтобы m не превышала 1 ().

Из выражения (6) следует, что спектр амплитудно-модулируемого сигнала представляет собой сумму трех гармонических составляющих с частотами .

Амплитуды боковых частот равны .

Преобразуем выражение (7):

(7′)

Как видно из выражения (7):

,если (8),

, если (9).

Подставим (8) и (9) в (7):

(10),

(11).

Поделим (10) на (11):

(12).

Из выражения (12) найдем m:

(13).

Выражение (13) определяет коэффициент модуляции амплитудно-модулируемого сигнала.

			Рис.5

Информация по частоте и амплитуде сигнала сообщения Ω (моделирующая частота), как следует из выражения (7′) и рис.4, находится в смещении каждой боковой частоты относительно несущей и в соотношении между амплитудами колебаний на боковых и несущих частотах.
Отметим, что амплитуды боковых частот равны между собой и пропорциональны коэффициенту модуляции и в конечном итоге амплитуде сигнала сообщения.

Средняя мощность модулируемых колебаний равна сумме средних мощностей, составляющих амплитудно-моделируемый сигнал.

Т.к. мощность пропорциональна квадрату амплитуды колебаний, то отношение мощности на каждой из боковых частот к мощности на несущей частоте, равно .

Дата добавления: 2017-02-01