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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Modulador de alta amplitude linear. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Um modulador de amplitude com boa linearidade pode teoricamente operar em uma frequência de sinal de modulação igual à frequência da portadora. O transistor Q1 divide a tensão de entrada modulante em dois sinais bipolares antifásicos. Os transistores ligados Q2 e Q3 passam, respectivamente, os semiciclos positivos e negativos da portadora retangular. Os sinais modulados interrompidos (pontos C e D) são somados usando os resistores R5 e R6. O modulador de amplitude, cujo circuito é mostrado na figura, possui boa linearidade e opera quando a frequência do sinal modulante muda de zero a metade da frequência da portadora. A linearidade do circuito é mantida até uma relação de modulação de 97,5%. A conexão entre os estágios individuais é realizada galvanicamente sem o uso de indutâncias ou grandes capacitâncias.
O transistor Q1 é um divisor de fase do sinal modulante, enquanto o sinal no emissor de Q1 tem um deslocamento de fase e uma amplitude ligeiramente inferior ao nível de entrada. O componente DC do sinal modulante é de aproximadamente -5 V no emissor do transistor Q1 e +5 V no seu coletor, onde a fase do sinal é deslocada 180° em relação à entrada. Os interruptores de alta velocidade nos transistores Q2 e Q3 alternam entre o estado de saturação e desligado em resposta ao sinal portador de entrada. Este sinal, preferencialmente de formato retangular, é fornecido às bases dos transistores Q2, Q3, respectivamente, através dos resistores R1, R2 e dos diodos D1, D2. Os diodos protegem os transistores do aumento da tensão reversa do emissor-base que pode ocorrer em níveis elevados de portadora. Os capacitores C1 e C2 servem para reduzir o tempo de comutação dos transistores Q2, Q3. Os coletores dos transistores Q2, Q3 são conectados às saídas do divisor de fase Q1 através dos resistores R3 e R4. Esses resistores são usados para desacoplar os circuitos de banda base e banda base. Em cada semiciclo positivo da portadora, o sinal de modulação no coletor do transistor Q1 é comutado de seu valor médio de 5 V para zero pelo transistor Q2. Como resultado, um sinal de modulação intermitente é formado no coletor do transistor Q2. Da mesma forma, o sinal de modulação no emissor do transistor Q1 é interrompido pelo transistor Q3, com a transição do transistor Q3 de desligado para saturação durante cada semiciclo negativo da portadora.
Sinais de modulação descontínuos positivos e negativos são misturados em um circuito de soma simples consistindo de resistores R5 e R6. Quando somados, os componentes de frequência do chopper presentes nos sinais descontínuos de banda base se cancelam. Assim, no caso de um equilíbrio ideal, não há componentes com frequência de modulação no espectro do sinal modulado de saída, e apenas componentes laterais da modulação estão presentes. Teoricamente, neste caso, é possível aumentar a frequência do sinal modulante para um limite superior igual à metade da frequência da portadora sem aplicar uma filtragem complexa. A envolvente do sinal modulado está neste caso em antifase em relação ao sinal modulante de entrada. A tensão de saída do circuito é uma onda quadrada modulada em amplitude, que contém os harmônicos ímpares da frequência fundamental. (O espectro do sinal de saída pode ser escrito como nwc±wm)m, onde wc é a frequência da portadora, wm é a frequência da banda base e n=1; 3; 5; ... .) Para obter uma portadora senoidal, o sinal de saída deve ser filtrado. Um filtro passa-baixa pode ser usado para extrair a frequência fundamental da portadora e suas bandas laterais, uma vez que o espectro do sinal de saída não contém um componente com a frequência de modulação. No entanto, para isolar qualquer harmônico wс, é necessário usar um filtro passa-faixa. As propriedades de frequência do modulador dependem principalmente da velocidade dos transistores de comutação. Para os transistores mostrados na figura, a frequência superior do sinal de saída modulado é de 1 MHz. O próprio modulador tem uma resposta de frequência plana e permanece linear até uma frequência de modulação de 250 kHz, após o que a distorção do envelope se torna perceptível até mesmo a olho nu. Com uma frequência portadora de 100 kHz e uma frequência de modulação de 1 kHz, pode-se obter uma modulação linear com profundidade de até 95%. No modo de malha aberta, a oscilação máxima de saída modulada é de 7,4 V com uma oscilação de entrada de 14 V. A oscilação mínima da portadora na entrada do modulador para produzir uma saída de onda quadrada é de 2,8 V. quaisquer efeitos indesejados. A forma do sinal de modulação pode ser arbitrária. Também é possível utilizar um sinal senoidal como portadora, porém, isso piora o processo de interrupção. A portadora de onda senoidal mínima de pico a pico é de 4 V. Com uma frequência de portadora de 10 kHz e uma oscilação do sinal de modulação de 14 V, a modulação linear de até 97,5% pode ser alcançada. O nível mínimo do drive da portadora não muda muito em frequências portadoras mais baixas. Ao mesmo tempo, as características técnicas do modulador se deterioram um pouco em frequências mais altas - a profundidade máxima da modulação linear diminui e se torna igual a 94% em 500 kHz e 88% em uma frequência de 1 MHz. Em frequências mais altas, o nível de saída também diminui. Para expandir a faixa de frequência, você pode usar transistores de chave mais rápidos e reduzir as impedâncias dos estágios do circuito. Também é possível evitar uma diminuição do sinal de saída em altas frequências aumentando as tensões de alimentação. A profundidade máxima de modulação é teoricamente limitada pela tensão de saturação dos transistores chopper; esta tensão não tem um efeito tão forte em altas tensões de alimentação. O uso de pares de resistores (R3-R4, R5-R6, R7-R8) selecionados com grande precisão garante a igualdade de valores instantâneos positivos e negativos dos sinais de modulação de saída. Autores: Santa Fe College (Gainesville, Flórida); Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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