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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Modulador de amplitud de alta linealidad. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado En teoría, un modulador de amplitud que tenga una buena linealidad puede funcionar a una frecuencia de la señal de modulación igual a la frecuencia de la portadora. El transistor Q1 divide el voltaje de entrada de modulación en dos señales bipolares en oposición de fase. Los interruptores de los transistores Q2 y Q3 pasan, respectivamente, los semiciclos positivo y negativo de la portadora rectangular. Las señales moduladas interrumpidas (puntos C y D) se suman utilizando las resistencias R5 y R6. El modulador de amplitud, cuyo circuito se muestra en la figura, tiene buena linealidad y funciona cuando la frecuencia de la señal moduladora cambia de cero a la mitad de la frecuencia portadora. La linealidad del circuito se mantiene hasta un factor de modulación del 97,5%. La conexión entre las etapas individuales se realiza galvánicamente sin el uso de inductancias o grandes capacitancias.
El transistor Q1 es un divisor de fase de la señal de modulación, mientras que la señal en el emisor de Q1 tiene un cambio de fase y una amplitud ligeramente inferior al nivel de entrada. El componente de CC de la señal de modulación es de aproximadamente -5 V en el emisor del transistor Q1 y +5 V en su colector, donde la fase de la señal se desplaza 180° con respecto a la entrada. Los interruptores de alta velocidad en los transistores Q2 y Q3 alternan entre saturados y apagados en respuesta a una señal portadora de entrada. Esta señal, preferiblemente de forma rectangular, se alimenta a las bases de los transistores Q2, Q3, respectivamente, a través de las resistencias R1, R2 y los diodos D1, D2. Los diodos protegen a los transistores del aumento de voltaje inverso del emisor de base que puede ocurrir con un alto nivel de portadora. Los condensadores C1 y C2 sirven para reducir el tiempo de conmutación de los transistores Q2, Q3. Los colectores de los transistores Q2, Q3 están conectados a las salidas del divisor de fase Q1 a través de las resistencias R3 y R4. Estas resistencias se utilizan para desacoplar los circuitos de banda base y de banda base. En cada medio ciclo positivo de la portadora, la señal de modulación en el colector del transistor Q1 cambia de su valor promedio de 5 V a cero por el transistor Q2. Como resultado, se forma una señal de modulación intermitente en el colector del transistor Q2. De manera similar, la señal de modulación en el emisor del transistor Q1 es interrumpida por el transistor Q3, y el transistor Q3 pasa de apagado a saturación durante cada medio ciclo negativo de la portadora.
Las señales de modulación discontinuas positivas y negativas se mezclan en un circuito sumador simple que consta de las resistencias R5 y R6. Cuando se suman, los componentes de frecuencia del interruptor presentes en las señales de banda base discontinuas se anulan entre sí. Por lo tanto, en el caso de un balance ideal, no hay componentes con una frecuencia de modulación en el espectro de la señal modulada de salida, y solo están presentes los componentes secundarios de la modulación. Teóricamente, en este caso, es posible aumentar la frecuencia de la señal moduladora hasta un límite superior igual a la mitad de la frecuencia portadora sin aplicar un filtrado complejo. La envolvente de la señal modulada está en este caso en antifase con respecto a la señal moduladora de entrada. El voltaje de salida del circuito es una onda cuadrada modulada en amplitud, que a su vez contiene los armónicos impares de la frecuencia fundamental. (El espectro de la señal de salida se puede escribir como nwc±wm)m, donde wc es la frecuencia portadora, wm es la frecuencia de banda base y n=1; 3; 5; ... .) Para obtener una portadora sinusoidal, la señal de salida debe ser filtrada. Se puede usar un filtro de paso bajo para extraer la frecuencia fundamental de la portadora y sus bandas laterales, ya que el espectro de la señal de salida no contiene un componente con la frecuencia de modulación. Sin embargo, para aislar cualquier armónico wс, es necesario utilizar un filtro de paso de banda. Las propiedades de frecuencia del modulador dependen principalmente de la velocidad de los transistores de conmutación. Para los transistores que se muestran en la figura, la frecuencia superior de la señal de salida modulada es de 1 MHz. El modulador en sí tiene una respuesta de frecuencia plana y permanece lineal hasta una frecuencia de modulación de 250 kHz, después de lo cual la distorsión de la envolvente se vuelve perceptible incluso a simple vista. Con una frecuencia portadora de 100 kHz y una frecuencia de modulación de 1 kHz, se puede obtener una modulación lineal con una profundidad de hasta el 95 %. En el modo de bucle abierto, la oscilación máxima de salida modulada es de 7,4 V con una oscilación de entrada de 14 V. La oscilación mínima de la portadora en la entrada del modulador para producir una salida de onda cuadrada es de 2,8 V. Cualquier efecto no deseado. La forma de la señal de modulación puede ser arbitraria. También es posible utilizar una señal sinusoidal como portadora, sin embargo, esto empeora el proceso de interrupción. La portadora de onda sinusoidal pico a pico mínima es de 4 V. Con una frecuencia portadora de 10 kHz y una oscilación de la señal de modulación de 14 V, se puede lograr una modulación lineal de hasta el 97,5 %. El nivel mínimo de excitación de la portadora no cambia mucho a frecuencias portadoras más bajas. Al mismo tiempo, las características técnicas del modulador se deterioran un poco a frecuencias más altas: la profundidad máxima de la modulación lineal disminuye y se vuelve igual al 94% a 500 kHz y al 88% a una frecuencia de 1 MHz. A frecuencias más altas, el nivel de salida también disminuye. Para expandir el rango de frecuencia, puede usar transistores clave más rápidos y reducir las impedancias de las etapas del circuito. También es posible evitar una disminución de la señal de salida a altas frecuencias aumentando los voltajes de alimentación. La profundidad de modulación máxima está teóricamente limitada por el voltaje de saturación de los transistores chopper; este voltaje no tiene un efecto tan fuerte en voltajes de suministro altos. El uso de pares de resistencias (R3-R4, R5-R6, R7-R8) seleccionadas con gran precisión asegura la igualdad de valores instantáneos positivos y negativos de las señales moduladoras de salida. Autores: Colegio de Santa Fe (Gainesville, Florida); Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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