Генератор АМ сигналу.

Мета: набути навичок розрахунку, складання і аналізу роботи генераторів амплітудно-модульованих сигналів.

Устаткування: Емулятор електричних кіл Electronics Workbench

Додаткові відомості:

В рамках даної лабораторної роботи розглянемо інший принцип створення амплітудно-модульованого сигналу з використанням транзисторної елементної бази.

Операція множення, необхідна для реалізації АМ сигналу відповідно до його математичного означення, достатньо складно реалізується на транзисторних колах. Існують два типові принципи: керовані генератори (ГУН-и „генератори з управлінням напругою”) та підсилювачі з керованим коефіцієнтом підсилення (більш відома англомовна абревіатура VCA – voltage controlled amplifier). Обидва принципи призводять до кіл, що є достатньо складні для того, щоб бути одним з елементів іншого кола.

Розглянемо більш прості принципи створення АМ сигналу. Перш за все, слід згадати, що транзисторні кола призначені для роботи з сигналами однієї полярності. Відтак, першим елементом генератора буде розщеплювач фази – коло, що перетворить вхідний сигнал змішаної полярності на два сигнали постійної полярності.

На рис. 14.1 наведена принципова схема розщеплювача. Два джерела живлення V1 та V2 забезпечують постійний напрямок струму через транзистор Q1, що включений за схемою звичайного підсилювача з негативним зворотнім зв’язком. Додатковий (до класичної схеми) резистор R2 обмежує максимальний струм від генератора вхідного сигналу V3.

Основою розщеплення є потрійний подільник напруги R4‑Q1‑R5, в якому керований елемент (транзистор) забезпечує відтворення вхідного сигналу.

Відтворимо зазначену схему та дослідимо її роботу. Робоча схема із підібраними номіналами деталей, а також осцилограма її роботи наведені на рис. 14.2. Однакові опори резисторів R4 та R5 забезпечують одиничне підсилення вхідного сигналу, тобто розщеплювач просто передає вхідний сигнал на два виходи без додаткового підсилення.

Як видно, на виходах розщеплювача спостерігаються однакові сигнали, амплітуда яких відповідає зазначеній на вхідному генераторі. Самі ж сигнали набувають постійної полярності, тобто лежать або повністю вище нульового рівня напруги, або повністю нижче. До того ж сигнали з різних виходів є протифазними, тобто нагадують дзеркальне відбиття один одного.

При уважному вивченні АМ сигналів вже можна стверджувати, що у нас наявна огинаюча сигналу. Залишається заповнити цю огинаючу сигналом несучої частоти.

Найпростіше – це забезпечити переривання огинаючого сигналу з певною періодичністю.

Для переривання використаємо транзисторні ключі, що працюють на принципі двох стабільних станів транзистора – відкритому і закритому.

Принципова схема ключа наведена на рис. 14.3. Основу складає подільник напруги на резисторах R1 і R2. Паралельно до R2 включений транзистор Q1, на базу якого через обмежувальний резистор R3 подається керуючий сигнал. Якщо керуючий сигнал дорівнює нулю, транзистор закритий, його опір великий і визначальним у роботі подільника є резистор R2. В такому разі на виході спостерігається частина вхідного сигналу, яка визначається співвідношенням опорів резисторів R1 і R2. Якщо ж на вході керування є позитивний сигнал, транзистор відкривається, його опір стає незрівнянно меншим, за опір R2 і вихідний сигнал можна вважати нульовим (замкненим на землю через відкритий транзистор).

Оскільки на виході розщеплювача діє два сигнали, включимо у схему два транзисторні ключі, що забезпечать переривання. Єдине, що слід зауважити, для сигналу з негативною полярністю слід використати транзистор іншої провідності.

Принципова схема генератора АМ сигналу представлена на рис. 14.4.

Транзистор Q1 включений за схемою розщеплювача фази сигналу від генератора V3. Цей генератор визначатиме огинаючу сигналу, тобто V3 – це генератор інформативного сигналу. Джерела постійного струму V1 і V2 забезпечують зміщення розщеплених сигналів. Тобто їх напруги мають бути більшими, ніж розмах інформативного сигналу. Співвідношення напруги інформативного сигналу і напруг джерел V1 і V2 буде визначати глибину модуляції. Причому жодних обмежень не накладається: можна створити сигнал з глибиною модуляції більшою ніж 1 – в такому разі сигнали будуть не розділені, а частково перетинатимуться.

Два транзисторні ключі (Q2‑R6‑R8‑R10) та (Q3‑R7‑R9‑R11) забезпечуватимуть переривання сигналів та їх змішування через резистори R8 та R9. Діоди D1 та D2 керують роботою ключів при позитивних та негативних значеннях сигналу з генератора V4. Відтак, генератор V4 задаватиме несучу частоту.

Для якісної роботи практичної реалізації генератора слід дуже ретельно підібрати номінали деталей, що використовуються у різних ключах. В рамках випробовування схеми в емуляторі достатньо ввести однакові величини опорів резисторів та параметри транзисторів. Реальні деталі виготовляються з певними допусками, зазначеними на самих деталях. Дійсні величини опорів і параметрів транзисторів можуть бути різними навіть для деталей з однаковим номіналом. Тобто вимагається якомога точніший збіг реальних (з урахуванням похибок) значень опорів резисторів R6 та R7, R8 та R9, R10 та R11. Транзистори Q2 та Q3 теж слід підібрати з однієї серії і, бажано, з однаковими числовими параметрами. На практиці слід виміряти реальні значення опорів і підібрати резистори з максимально близькими значеннями. Подібну процедуру бажано виконати і для підбору транзисторів.

До діодів D1 та D2 висувається вимога нормальної роботи для частот, що задає генератор несучої частоти V4. Основна задача цих діодів – відсікати зворотну складову. Тобто можна використовувати випрямляючі діоди. Але слід переконатись, що вони будуть вірно працювати при зазначених вище частотах.

Робоча схема генератора амплітудно-модульованого сигналу наведена на рис. 14.5.

Рис. 14.5. Робоча схема генератора амплітудно-модульованого сигналу.

Напруга генератора V4 використовується для керування транзисторними ключами. Основна вимога до нього – напруга генератора має бути достатньою для перемикання ключів. Сам транзистор відкривається напругою, близькою до 0.6 В (для найбільш популярних кремнієвих транзисторів). Аналогічна напруга спадає на діодах (якщо вони теж кремнієві). У підсумку маємо, що транзисторний ключ спрацює при перевищенні напругою на генераторі величини, близькою 1.5 В. Реально, напруга генератора має суттєво перевищувати зазначену величину (принаймні удвічі). Як видно з рис. 5 діюча напруга обрана на рівні 4 В.

Оскільки основна задача генератора – керувати ключами, а ключі, в свою чергу, переривають сигнали, генератор V4 можна замінити генератором імпульсів (меандру). У такому разі якість перемикання тільки покращиться. У будь-якому разі, до якості вихідного сигналу генератора V4 висуваються мінімальні вимоги, що суттєво спрощує його створення.

Кінцевий вибір реальної схеми генератора V4 визначається вимогами до елементної бази, з якої складається генератор. Наприклад, на транзисторі простіше створити генератор гармонічного сигналу, особливо при відсутності високих вимог до форми вихідного сигналу. На операційних підсилювачах, навпаки, простіше виконуються генератори імпульсів.

Зазначимо ще раз, що глибина модуляції вихідного амплітудно-модульованого сигналу задається співвідношенням напруги інформативного джерела та постійних напруг джерел живлення розщеплювача. Напруга генератора несучої частоти, на відміну від класичного принципу, використовується лише для керування ключами і не впливає на глибину модуляції.

На рис. 14.6 наведені осцилограми вихідного сигналу генератора, зібраного за схемою рис. 14.5. Перша осцилограма відповідає параметрам, заданим на рис. 14.5, друга – для напруги генератора інформативного сигналу 5 В. Як можна помітити, друга осцилограма відповідає глибині модуляції, що перевищує одиницю (контур синусоїди розривається).

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ЗАВДАННЯ	\|	ЗАВДАННЯ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.026 сек.