6.8. ЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННОГО КОЛЕБАНИЯ В РЕЗОНАНСНОМ УСИЛИТЕЛЕ

На вход одноконтурного усилителя, изображенного на рис. 5.13, воздействует колебание

Требуется выявить структуру колебания на выходе усилителя. Колебательный контур, входящий в состав усилителя, является инерционной цепью, что не может не оказать влияния на параметры выходного колебания.

В данном случае простейшей гармонической модуляции амплитуды, когда спектр колебания содержит всего лишь три составляющих, структуру колебания на выходе усилителя проще всего отыскать, рассматривая прохождение через усилитель каждой из составляющих отдельно.

Записав выражение (6.52) в форме

найдем передаточные функции усилителя для частот .

Основываясь на выражении (6.42) и положив (точная настройка колебательного контура на несущую частоту ), получаем: для несущей частоты

для боковой частоты

для боковой частоты

где — фазовый сдвиг в колебательном контуре на боковых частотах (запаздывание на верхней и опережение на нижней боковых частотах).

С учетом амплитудных и фазовых изменений, претерпеваемых спектральными составляющими в усилителе, можно представить выходное колебание в форме, аналогичной (6.53):

Свернув это выражение, получим

Рис. 6.18. Зависимость коэффициента демодуляции в резонансном усилителе от модулирующей частоты

Сопоставим полученное выражение с (6.53).

Как и следовало ожидать, частота и фаза AM колебания при прохождении через резонансный усилитель не изменяются.

Инерционность колебательной цепи влияет на огибающую колебания:

1) глубина модуляции на выходе

меньше, чем на входе; относительное уменьшение глубины модуляции, иногда называемое коэффициентом демодуляции,

(график зависимости D от частоты модуляции , представленный на рис. 6.18, соответствует правой ветви резонансной кривой колебательного контура);

2) огибающая амплитуд на выходе отстает по фазе от огибающей входного колебания на угол

Оба эти фактора обусловлены тем, что инерционность колебательной цепи снижает скорость изменения во времени огибающей колебания. При этом, однако, форма огибающей остается неизменной (гармонической).

Смысл этого результата поясняется рис. 6.19, а, на котором показано положение спектра входного колебания относительно резонансной характеристики колебательного контура. Чем выше частота модуляции Q, тем больше относительное ослабление амплитуды колебаний боковых частот и, следовательно, меньше глубина модуляции колебания.

Полученные из анализа тональной модуляции результаты позволяют представить общую картину явлений при передаче через контур колебаний, модулированных по амплитуде сложным сообщением. Входящим в такое сообщение различным частотам соответствует неодинаковое ослабление: чем выше частота, тем сильнее выражена демодуляция.

Рис. 6.19. Положение спектра модулированного колебания относительно частотной характеристики усилителя: а) при точной настройке; б) при расстройке

Так как при приеме колебаний напряжение на выходе детектора приемника пропорционально коэффициенту модуляции, получается относительное ослабление высших частот сообщения. Таким образом, зависимость определяет степень линейных частотных искажений передаваемого сообщения. Подобные искажения называются линейными потому, что они не сопровождаются возникновением новых частот.

Рис. 6.20. Возникновение паразитной фазовой модуляции при асимметрии амплитуд колебаний боковых частот

Имеет место также и задержка сообщения. Это объясняется тем, что фазовый сдвиг огибающей (при тональной модуляции) зависит от частоты. Колебательный контур влияет на сообщение, содержащееся в огибающей, так же, как и фильтр нижних частот при пропускании непосредственно через него сообщения

Задержка определяется наклоном ФЧХ

Обычно задержку определяют по наклону ФЧХ в точке . Тогда

Итак, задержка сообщения в одиночном контуре, полоса прозрачности которого достаточна для удовлетворительного пропускания спектра сообщения, равна постоянной времени контура.

Рассмотрим теперь случай неточной настройки контура на несущую частоту модулированного колебания (рис. 6.19, б). Несовпадение частот приводит к асимметрии боковых частот на выходе усилителя. Возникновение асимметрии поясняется векторной диаграммой выходных напряжений, представленной на рис. 6.20. На диаграмме вектор OD изображает несущее колебание, фаза которого запаздывает относительно фазы входной ЭДС (принятой равной нулю) на угол (так как рис. 6.19, б соответствует положительной расстройке Амплитуда колебания верхней боковой частоты (вектор ) в данном случае значительно меньше амплитуды колебания нижней боковой частоты (вектор ). Длина равнодействующего вектора , изображающего результирующее колебание, изменяется по сложному закону, не совпадающему с гармоническим законом изменения огибающей входной ЭДС.

Следует иметь в виду, что для восстановления передаваемого сообщения на выходе радиолинии, работающей с амплитудной модуляцией, применяется амплитудный детектор, представляющий собой нелинейное устройство. Напряжение на выходе детектора пропорционально огибающей модулированного колебания. Из этого следует, что нарушение симметрии амплитуд и фаз колебаний боковых частот при неточной настройке контура на несущую частоту приводит к нелинейным искажениям передаваемых сообщений. Эти искажения проявляются в возникновении новых частот, кратных частоте полезной модуляции.

Кроме искажения формы огибающей амплитуд, возникает также паразитная фазовая модуляция колебания, так как при вращении векторов и (см. рис. 6.20) непрерывно изменяется фаза вектора относительно фазы несущего колебания (принятой в качестве исходной).

В некоторых случаях это может привести к дополнительным искажениям сигнала.

Полученные выше результаты нетрудно распространить на любую колебательную цепь, например на связанные контуры. Если резонансная кривая такой цепи симметрична относительно несущей частоты , то правую ветвь этой кривой можно рассматривать как характеристику коэффициента D (см. рис. 6.18).