Основы радиоэлектроники и связи

11. Угловая модуляция и детектирование : 11.1. Устройства угловой модуляции

11.1.2 Частотная модуляция в автогенераторе

В автогенераторах, работающих на частотах не выше нескольких десятков мегагерц, часто используют метод изменения частоты, основанный на непосредственном управлении резонансной частотой колебательной цепи автогенератора путем электронного управления емкостью или индуктивностью контура. В этом случае говорят о частотной модуляции прямого действия.

Широко распространенным способом электронного управления резонансной частотой контура является подключение к контуру варикапа – полупроводникового диода, емкость которого зависит от приложенного к нему напряжения, или специальной электронной схемы, представляющей собой эквивалентную емкость или индуктивность (“реактивный каскад”).

Рассмотрим случай управления частотой с помощью изменяемой емкости. Тогда при заданных значениях средней (несущей) частоты и частотного отклонения требуемое изменение емкости нетрудно найти с помощью очевидных соотношений:

.

Ясно, что при этом имеет место нелинейная зависимость отклонения частоты от изменения емкости. Однако в ряде применений ЧМ относительное изменение частоты весьма невелико, те.. Тогда можно записать для относительного изменения частоты следующее приближенное линейное соотношение:

.

Таким образом, при малых относительных изменениях можно получить линейную частотную модуляцию, если емкость менять по закону низкочастотного сигнала.

На рис.1,а изображена упрощенная схема автогенератора с ЧМ при помощи варикапа, а на рис.1,б – схема замещения его колебательной цепи.

Рис.1

Конденсатор С_р преграждает путь в контур постоянному току от источника Е_Д ,используемого для установления рабочей точки на вольт-фарадной характеристике варикапа. Кроме того, этот конденсатор устраняет короткое замыкание источника модулирующего сигнала на относительно небольшую индуктивность контура. Блокировочный дроссель L_др преграждает путь высокочастотному току от автогенератора в источник модулирующего сигнала. На схеме замещения через С_Д обозначена средняя емкость варикапа, а через – вариация емкости. Сопротивление перехода диода обозначено R ,а объемное сопротивление толщи полупроводника – r. Недостатком варикапа как элемента частотного модулятора является зависимость его сопротивления R от амплитуды внешнего напряжения, что может привести к паразитной амплитудной модуляции сигнала.

Еще один способ изменения частоты АГ основан на применении так называемого "реактивного каскада". Принцип действия “реактивного каскада” основан на обеспечении сдвига фаз 90^о между комплексными амплитудами тока и напряжения, действующими в выходной цепи каскада, подключенного параллельно колебательному контуру. На рис.2 показана обобщенная схема такого элемента для переменных токов и напряжений.

Рис.2.

Для получения необходимого эффекта достаточно выполнить два условия. Во-первых, если ,то можно считать, что ; во-вторых, если , то тогда ток делителя практически определяется сопротивлением . В этом случае выходное сопротивление схемы между точками 1-1’ будет равно

.

Если рабочая точка транзистора находится на линейном участке проходной характеристики и амплитуды достаточно малы, чтобы считать режим работы транзистора линейным, то

.

Таким образом,

следовательно,

.

Возможны следующие варианты построения схем “реактивного каскада”:

Из таблицы видно, что во всех вариантах выходное сопротивление представляет собой эквивалентные индуктивность или емкость, причем эквивалентные емкости пропорциональны крутизне. Изменяя напряжение на базе транзистора по закону модулирующего низкочастотного сигнала в диапазоне квадратичного участка проходной характеристики, можно получить линейное изменение емкости, а при отклонениях от среднего значения и линейное изменение резонансной частоты контура автогенератора.

К крупному недостатку автогенераторов с непосредственным изменением частоты относится нарушение стабильности несущей частоты автогенератора.

© Андреевская Т.М., РЭ, МГИЭМ, 2004