АМПЛИТУДНЫЙ МОДУЛЯТОР МОЩНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК H03C1/42 H03C1/36 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве амплитудного модулятора передатчиков теле- и радиовещания.

Известен амплитудный модулятор, содержащий первый трансформатор, первичная обмотка которого является входом устройства для модулируемого сигнала, второй трансформатор, первичная обмотка которого является входом устройства для модулирующего сигнала и один из выводов вторичной обмотки которого подключен к источнику смещения, а другой вывод соединен с одним из выводов вторичной обмотки первого трансформатора, трехэлектродную лампу, сетка которой подключена к другому выводу вторичной обмотки первого трансформатора, а катод соединен с общим для всего устройства проводником, дроссель, один из выводов которого соединен с анодом трехэлектродной лампы, а второй подключен к источнику анодного питания, первый конденсатор, один из выводов которого соединен с анодом трехэлектродной лампы, параллельный резонансный контур, один из выводов которого соединен с общим для всего устройства проводником, а другой, являющийся выходом устройства, соединен со вторым выводом первого конденсатора, второй конденсатор, включенный между выводами вторичной обмотки второго трансформатора, и третий конденсатор, включенный параллельно источнику смещения [1].

Недостатком такого амплитудного модулятора является небольшой динамический диапазон модулируемого сигнала и необходимость использования высоковольтного источника анодного питания.

Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальному числу общих существенных признаков является амплитудный модулятор, содержащий первый электрический фильтр, вход которого является входом устройства для модулируемого сигнала, трансформатор, первичная обмотка которого является входом устройства для модулирующего сигнала и один из выводов вторичной обмотки которого подключен к источнику смещения, второй электрический фильтр, вход которого подключен к другому выводу вторичной обмотки трансформатора, третий электрический фильтр, выход которого является выходом устройства, биполярный транзистор, коллектор которого подключен к входу третьего электрического фильтра, эмиттер соединен с общим для всего устройства проводником, а база соединена с выходами первого и второго электрических фильтров, при этом напряжение коллекторного питания подается на коллектор через катушку индуктивности третьего электрического фильтра [2].

Недостатком устройства-прототипа является небольшой динамический диапазон модулируемого сигнала, обусловленный переходом транзистора в режим двухстороннего ограничения при превышении амплитуды модулируемого сигнала величины, равной 1-2 В.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - расширение динамического диапазона модулируемого сигнала.

Это достигается тем, что в амплитудный модулятор, содержащий первый электрический фильтр, вход которого является входом устройства для модулируемого сигнала, трансформатор, первичная обмотка которого является входом устройства для модулирующего сигнала и один из выводов вторичной обмотки которого подключен к источнику смещения, второй электрический фильтр, вход которого подключен к другому выводу вторичной обмотки трансформатора, третий электрический фильтр, выход которого является выходом устройства, биполярный транзистор, коллектор которого подключен к входу третьего электрического фильтра, а эмиттер соединен с общим для всего устройства проводником, введен резистор, один из выводов которого соединен с выходом второго электрического фильтра, а другой - с базой биполярного транзистора, при этом выход первого электрического фильтра подключен к входу третьего электрического фильтра.

На фиг.1 и 2 представлены функциональная схема предложенного амплитудного модулятора и принципиальная электрическая схема макета такого устройства.

Амплитудный модулятор (фиг.1) содержит первый электрический фильтр 1, вход которого является входом устройства для модулируемого сигнала ω, трансформатор 2, первичная обмотка которого является входом устройства для модулирующего сигнала Ω и один из выводов вторичной обмотки которого подключен к источнику смещения Е_см, второй электрический фильтр 3, вход которого подключен к другому выводу вторичной обмотки трансформатора 2, третий электрический фильтр 4, выход которого является выходом устройства, биполярный транзистор 5, коллектор которого соединен с выходом первого электрического фильтра 1 и входом третьего электрического фильтра 4, а эмиттер соединен с общим для всего устройства проводником, резистор 6, один из выводов которого соединен с выходом второго электрического фильтра 3, а другой - с базой биполярного транзистора 5.

Амплитудный модулятор работает следующим образом. Модулируемый сигнал ω, поступающий на вход устройства, проходит через первый электрический фильтр 1 и поступает на вход третьего электрического фильтра 4, зашунтированного последовательно соединенными переходами коллектор-база и база-эмиттер транзистора 5. На базу транзистора 5 через трансформатор 2, второй электрический фильтр 3 и резистор 6 от источника смещения Е_см подается постоянное запирающее оба перехода транзистора 5 напряжение. Переменное высокочастотное напряжение ω делится между емкостями закрытых переходов база-эмиттер и коллектор-база. На переходе коллектор-база имеется переменное напряжение, амплитуда которого равна значению U_вхC_бэ/(C_бк+С_бэ), где U_вх - амплитуда переменного высокочастотного напряжения на коллекторе транзистора 5; С_бэ и С_бк - емкости закрытых переходов база-эмиттер и коллектор-база транзистора 5. Заметим, что значения емкостей закрытых переходов С_бэ и С_бк биполярных транзисторов отличаются незначительно [3]. Величина постоянного напряжения на базе транзистора 5 устанавливается равной половине амплитуды переменного высокочастотного напряжения на переходе коллектор-база транзистора 5, соответствующей номинальному значению переменного высокочастотного напряжения модулируемого сигнала (величина постоянного напряжения на базе транзистора 5 устанавливается приблизительно равной одной четвертой части амплитуды номинального значения напряжения модулируемого сигнала). Резистор 6 исключает влияние выходного сопротивления второго электрического фильтра 3 на перераспределение высокочастотного напряжения модулируемого сигнала на емкостях закрытых переходов база-эмиттер и коллектор-база транзистора 5.

В положительный полупериод воздействия переменного сигнала ω напряжение на базе транзистора 5 в какой-то момент времени начинает превышать напряжение на его эмиттере. Переход база-эмиттер открывается, и через коллекторную цепь начинает протекать ток, равный αI_э, где α - коэффициент передачи эмиттерного тока, I_э - ток эмиттера. Для мгновенного значения модулируемого сигнала, превышающего половину номинального значения, переход эмиттер-коллектор транзистора 5 представляет двухполюсник с сопротивлением R_вх=U_вх/αI_э, величина которого составляет доли Ом. В отрицательный полупериод модулируемого сигнала, амплитуда которого превышает половину номинального значения, открывается переход коллектор-база транзистора 5, и через транзистор 5 начинает протекать ток, равный α_II_к, где α_I - коэффициент передачи тока коллектора при инверсном включении транзистора 5, I_к - ток коллектора. Согласно [4], α≈α_I. При отрицательной полуволне модулируемого сигнала, амплитуда которого превышает половину амплитуды номинального напряжения, переход эмиттер-коллектор транзистора 5 также представляет собой двухполюсник, сопротивление которого составляет доли Ом. В этом случае мощный модулируемый сигнал оказывается двухсторонне ограниченным. При этом амплитуда высокочастотного модулируемого сигнала на коллекторе транзистора 5 оказывается равна напряжению, вдвое превышающему постоянное напряжение на базе транзистора 5.

Модулирующий сигнал Ω приходит на базу транзистора 5 и изменяет по закону модуляции амплитуду модулируемого сигнала. Варьируя амплитудой модулирующего сигнала, можно изменять глубину модуляции высокочастотного модулируемого сигнала.

Первый электрический фильтр 1 на фиг.1 соответствует фильтру, образованному элементами C₁, C₂, L₁ и L₂ на фиг.2. Трансформатор 2 на фиг.1 соответствует трансформатору Тр на фиг.2. Второй электрический фильтр 3 на фиг.1 соответствует фильтру, образованному элементами С₃ и L₃, на фиг.2. Третий электрический фильтр 4 на фиг.1 соответствует фильтру, образованному элементами C₄, C₅, L₄ и L₅ на фиг.2. Транзистор 5 на фиг.1 соответствует транзистору КТ815А на фиг.2. Резистор 6 на фиг.1 соответствует резистору R₁ на фиг.2.

На фиг.3 приведена экспериментально измеренная форма огибающей модулируемого сигнала на выходе амплитудного модулятора, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг.2. В качестве модулирующего сигнала был выбран тестовый восьмиступенчатый телевизионный радиосигнал яркости, спектр которого занимает полосу частот от 50 Гц до 6,5 МГц. Амплитуда модулируемого сигнала выбрана равной 26 В, а его частота - частоте радиосигнала изображения 12 канала телевидения (223,25 МГц). Масштаб времени на оси абсцисс не обозначен. Длительность фронтов радиосигнала на выходе амплитудного модулятора не превышала 80 нс при допустимой длительности по ГОСТ 20532-83, равной 125 нс [5]. Как следует из представленной на фиг.3 огибающей радиосигнала, его амплитуда в синхроимпульсе составляла 24 В. В амплитудном модуляторе-прототипе подача модулируемого сигнала амплитудой 26 В приводила к выгоранию транзистора модулятора.

Положительный эффект от использования заявляемого объекта по отношению к устройству-прототипу состоит в расширении динамического диапазона модулируемого сигнала.

Источники информации

1. Справочник по радиоэлектронике / Под общей ред. А.А. Куликовского. В трех томах. Том 2. - М.: Энергия, 1968. - 536 с. [с.44, рис.12-67].

2. Радиопередающие устройства / Л.А. Белов, М.В. Благовещенский, В.М. Богачев и др.; Под ред. М.В. Благовещенского, Г.М. Уткина. - М.: Радио и связь, 1982. - 408 с. [с.292, рис.21.1] - прототип.

3. Петухов В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги: Справочник. В 4-х томах. - М.: КУбК-а, 1997.

4. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М.: Энергия, 1977. - 672 с. [с.181, рис.4-9].

5. ГОСТ 20532-83. Радиопередатчики телевизионные 1-5 диапазонов. Основные параметры, технические требования и методы измерений. - М.: Издательство стандартов, 1984. - 34 с.

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в качестве амплитудного модулятора передатчиков теле- и радиовещания. Технический результат заключается в расширении динамического диапазона модулируемого сигнала. Устройство содержит первый электрический фильтр (1), на вход которого подается модулируемый сигнал, трансформатор (2), первичная обмотка которого является входом устройства для модулирующего сигнала, второй электрический фильтр (3), третий электрический фильтр (4), биполярный транзистор (5), резистор (6). 3 ил.

Амплитудный модулятор мощных сигналов, содержащий первый электрический фильтр, вход которого является входом устройства для модулируемого сигнала, трансформатор, первичная обмотка которого является входом устройства для модулирующего сигнала и один из выводов вторичной обмотки которого подключен к источнику смещения, второй электрический фильтр, вход которого подключен к другому выводу вторичной обмотки трансформатора, третий электрический фильтр, выход которого является выходом устройства, и биполярный транзистор, коллектор которого подключен к входу третьего электрического фильтра, а эмиттер соединен с общим для всего устройства проводником, отличающийся тем, что в него дополнительно введен резистор, один из выводов которого соединен с выходом второго электрического фильтра, а другой - с базой биполярного транзистора, при этом выход первого электрического фильтра подключен к входу третьего электрического фильтра.