И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

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 Δω= В= 2 Δω max+ 2 Ω max+ 2√( Ω max· Δω max)

В стандарте, в котором Δω max = 2π·50 кГц, а Ω max=2π·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,

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.

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.

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.

Примером реактивного транзистора является схема, изображенная на рис. 11.15.

Рис. 11.15. Схема реактивного транзистора

Для упрощения в ней опущены все блокировочные конденсаторы и цепи смещения. Характерным для этой схемы является делитель, состоящий из конденсатора Си резистора R, подобранный таким образом, чтобы выполнялось условие Х с>> R. Схема усилителя, работающего совместно с этим делителем, отличается тем, что переменное напряжение вводится извне (от генератора) в цепь коллектора и оценивается влияние этой схемы на фазе тока, протекающего под воздействием приложенного напряжения. Оказывается, что в результате фазового сдвига, вносимого конденсатором С, ток коллектора на 90 опережает напряжение на коллекторе. Подобная зависимость между напряжением и током характерна для емкости, т. е. схема ведет себя как конденсатор. Эквивалентная емкость выражается формулой С экв= RC/ h 11б и, следовательно, обратно пропорциональна h 11б. Если h 11б изменяется под влиянием приложенного к базе транзистора модулирующего напряжения, то изменяется и эквивалентная емкость реактивного транзистора, подключенного параллельно к резонансному контуру генератора, т. е. происходит модуляция частоты. Аналогично действует схема с емкостным диодом (рис. 11.16).

Рис. 11.16. Частотный модулятор с емкостным диодом