Электроника в вопросах и ответах

Хабловски И.

Полученное в результате детектирования напряжение с частотой модулирующего сигнала усиливается в анодной цепи лампы, поэтому сеточное детектирование характеризуется высокой чувствительностью.

Рис. 11.12. Схема сеточного детектора R_сC_с

Каковы основные черты частотной модуляции?

При частотной модуляции модулирующий сигнал не изменяет амплитуды несущего колебания, а вызывает лишь изменение его мгновенной частоты (рис. 11.13).

Мгновенное значение несущей частоты зависит от амплитуды модулирующего сигнала, тогда как скорость, с которой происходят изменения несущей частоты, определяется частотой модулирующего сигнала. Предположим, что несущая частота составляет 50 МГц, а амплитуда синусоидального модулирующего сигнала равна 1 В. Допустим далее, что под влиянием положительного модулирующего напряжения частота возрастает максимально до 50,1 МГц, а под влиянием максимального отрицательного — убывает до 49,9 МГц.

В каждом периоде модулирующего сигнала мгновенное значение частоты изменяется в пределах 49,9—50,1 МГц такое количество раз в секунду, какова частота модулирующего колебания. Если бы амплитуда модулирующего напряжения составляла 2 В, частота несущего колебания изменялась бы в пределах 49,8—50,2 МГц.

Рис. 11.13. Формы колебаний при частотной модуляции:

_{а — модулирующее; б — частотно-модулированное}

Приведенный пример является иллюстрацией общего принципа частотной модуляции, из которого следует, что амплитуда модулирующего напряжения определяет отклонение несущей частоты в одном направлении, или девиацию частоты, . Из этого принципа также следует, что девиация частоты  содержит информацию об амплитуде или уровне модулирующего сигнала. Характерным для частотной модуляции понятием является индекс модуляции, определяемый как отношение девиации к модулирующей частоте :

М_Ч = /

Индекс модуляции принимает разные значения. Принятый стандарт частотной модуляции характеризуется индексом модуляции, определяемым отношением максимально допустимой девиации _mахк максимальной модулирующей частоте,

М_Чmax = _max/_max

Например, в принятом в ПНР телевизионном стандарте максимальная девиация несущей частоты звукового сопровождения составляет 50, а максимальная по модулирующей частоте 15 кГц. Отсюда М_Чmax = 50/15 = 3,33.

Каков спектр у частотно-модулированного сигнала?

Спектр частотно-модулированного сигнала принципиально отличен от спектра амплитудно-модулированного сигнала. Он также имеет линейный характер, однако число линий значительно больше.

При амплитудной модуляции наблюдались только две боковые частоты, отстоящие от несущей и а значение модулирующей частоты.

Из математического анализа частотно-модулированного сигнала следует, что при частотной модуляции возникают пары боковых частот. Существуют верхняя и нижняя боковая частоты, соответствующие частоте модулирующего сигнала, и пары боковых частот, соответствующие второй, третьей и последующим гармоникам сигнала. Имеется также составляющая несущей частоты. Распределение амплитуд отдельных спектральных линий зависит от индекса модуляции М_Ч, а их число теоретически бесконечно велико. На практике спектральные линии высших порядков (соответствующие высшим гармоникам модулирующего сигнала) не принимаются во внимание, поскольку их амплитуды очень малы. Для примера на рис. 11.14 представлен спектр сигнала, промодулированного по частоте низкочастотным сигналом 7,5 с девиацией 75

кГц (М_Ч = 10).

Для практических целей ширину спектра при частотной модуляции рассчитывают по формуле

2 = В = 2_max + 2_max + 2(_max·_max)

В стандарте, в котором _max = 2·50 кГц, а _max =2·15 кГц кГц, ширина спектра В = 185 кГц.

Ширина спектра частотно-модулированного сигнала достаточно велика. Именно по этой причине частотная модуляция применяется в диапазоне метровых волн, соответствующем частотам от 50 МГц,

Каковы преимущества частотной модуляции?

Главным преимуществом частотной модуляции является значительное уменьшение чувствительности сигнала к помехам. Исходя из того, что большинство помех амплитудного характера добавляется к сигналу, который, по определению, имеет постоянную амплитуду, появляются условия для их эффективного устранения, например, методом ограничения амплитуды.

Кроме того, поскольку амплитуда частотно-модулированного сигнала постоянна, а девиация частоты пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала, можно передавать полную динамику сигнала, т. е. как наименьшие, так и наибольшие значения. При амплитудной модуляции этого не могло быть, поскольку глубина модуляции не могла быть ни слишком малой, ни слишком большой, если учитывать шумы и помехи в первом случае, а во втором — возможность перемодуляции передатчика.

Весьма существен и тот факт, что в результате постоянной амплитуды частотно-модулированного сигнала выходная мощность передатчика остается все время одной и той же. Это создает возможности экономичного решения и экономичной работы передатчика.

Напомним, что передатчик амплитудно-модулированного сигнала с номинальной мощностью около 10 кВт должен быть приспособлен отдавать при 100 %-ной модуляции среднюю мощность 15 и пиковую 40 кВт.

Система с частотной модуляцией является высококачественной и предназначена главным образом для верной передачи звуковых сигналов. Отсюда ее широкое распространение в моно- и стереофоническом радиовещании на ультракоротких волнах.

В чем состоит принципиальное различие между фазовой и частотной модуляцией?

При фазовой модуляции не частота, а фаза несущего колебания линейно зависит от мгновенного значения модулирующего колебания. Девиация фазы при этом не зависит от частоты модуляции. Однако из-за того что между изменением фазы и частоты существует непосредственная зависимость, девиации фазы при фазовой модуляции сопутствует девиация частоты, которая пропорциональна модулирующей частоте. Напомним, что при частотной модуляции девиация частоты не зависит от модулирующей частоты. Несмотря на эти отличия, ясно, что фазовая и частотная модуляции действуют одновременно, так как связаны между собой. Можно также показать, что индекс модуляции идентичен с индексом девиацией фазы.

В связи с этим спектральное распределение в частотной и фазовой модуляции одно и то же, хотя расположение спектральных линий отличается. Исходя из взаимного подобия можно легко переходить с одного вида модуляции на другой. Обычно фазовую модуляцию используют только на переходном этапе до получения «чистой» частотной модуляции.

Как получают частотную модуляцию?

Существует несколько методов получения частотно-модулированных сигналов. Непосредственный метод заключается в изменении емкости или индуктивности резонансного контура генератора в такт с изменениями модулирующего сигнала. Примером, иллюстрирующим этот метод, служит емкостный микрофон, включенный в резонансный контур генератора. Наиболее удобная форма реализации этого метода заключается в подключении параллельно резонансному контуру реактивной схемы, реактивное сопротивление которой изменяется при изменении модулирующего сигнала. Реактивной схемой может быть лампа или транзистор, работающие по специальной схеме включения, или емкостный диод.