Основы электронной техники (стр. 17 )

Ширина полосы частот в АМ-системе радиовещания

Ширина полосы частот АМ-системы радиовещания ограничена величи­ной 9 кГц. Чтобы избежать перекрытия сигналов соседних радиостан­ций, ширина каждой боковой полосы не должна превышать 4,5 кГц. Это и определяет максимальную частоту 4.5 кГц в спектре модулирующего звукового сигнала. Для охвата обеих боковых полос ширина полосы про­пускания РЧ-каскада настройки и УПЧ должна составлять 9 кГц, тогда как усилитель звуковой частоты может иметь полосу пропускания ши­риной не более 4,5 кГц.

Рис. 14.10. Супергетеродинный радиоприемник.

15

Частотная модуляция

Другим распространенным типом модуляции, применяемым в радиосвя­зи, является частотная модуляция (ЧМ), при которой частота несущей изменяется в соответствии с модулирующим сигналом (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Частотная модуляция.

Обратите внимание, что амплитуда несущей остается постоянной, а частота изменяется.

Девиация частоты

Девиация частоты есть степень изменения частоты несущей при измене­нии уровня сигнала на 1 В. Девиация частоты измеряется в килогер­цах на вольт (кГц/В). Предположим, например, что несущая с частотой 1000 кГц должна быть промодулирована сигналом в виде меандра с ам­плитудой 5 В (рис. 15.2). Предположим также, что девиация частоты равна 10 кГц/В. Тогда во временном интервале от А до В частота не­сущей увеличится на 5 · 10 = 50 кГц (произведение амплитуды сигнала на девиацию частоты) и станет равной 1000 кГц + 50 кГц = 1050 кГц. Во временном интервале от В до С частота несущей изменится на ту же величину, а именно на 5 · 10 = 50 кГц, но на этот раз в отрицательную сторону с уменьшением частоты несущей до 1000 – 50 = 950 кГц.

Рис. 15.2. Частотная модуляция несущей сигналом в виде меандра.

Максимальная девиация

Изменение частоты несущей при изменении уровня сигнала должно быть ограничено некоторой максимальной величиной, превышение которой не­допустимо. Эта величина называется максимальной девиацией. Напри­мер, при ЧМ-передачах радиостанции Би-би-си используется девиация частоты 15 кГц/В и максимальная девиация 75 кГц. Максимальная ве­личина модулирующего сигнала определяется максимальной допустимой девиацией.

Максимальная девиация ±75

Максимальный сигнал = —————————————— = —— = ±5 В

Девиация частоты 15

или, другими словами, 5 В в положительную или отрицательную область.

Боковые частоты и ширина полосы

Если несущая промодулирована по частоте гармоническим сигналом, образуется неограниченное число боковых частот. Амплитуды боковых Компонент постепенно уменьшаются по мере отдаления частоты этих ком­понент от частоты несущей.

Таким образом, для размещения всех боковых частот ширина полосы частот ЧМ-системы должна быть бесконечной. На практике малые по амплитуде боковые компоненты ЧМ-сигнала могут быть отброшены без внесения каких-либо заметных искажений. Например, ЧМ-передачи ра­диостанции Би-би-си ведутся с использованием полосы частот шириной 250 кГц.

Сравнение AM- и ЧМ-систем модуляции

Амплитудная Частотная

модуляция модуляция

1. Амплитуда несущей Изменяется вместе Остается

с сигналом постоянной

2. Боковые частоты Две для каждой Бесконечное

частоты в спектре число

сигнала

3. Ширина занимаемой 9 кГц 250 кГц полосы частот

4. Диапазон частот ДВ, СВ. KB УКВ

Преимущества частотной модуляции

Радиовещание с использованием ЧМ имеет следующие преимущества по сравнению с АМ-передачей программ.

1. В системе с ЧМ обеспечивается лучшее качество звучания. Это свя­зано с большой шириной полосы частот ЧМ-сигнала, охватывающей гораздо большее число гармоник.

2. При ЧМ-передаче достигается очень низкий уровень шума. Шум — это нежелательные сигналы, которые появляются на выходе обычно в форме изменения амплитуды несущей. В ЧМ-системе эти сигналы легко устраняются путем двустороннего ограничения амплитуды не­сущей. Информация, которую несет изменяющаяся частота, при этом полностью сохраняется.

ЧМ-передатчик

Передатчик частотно-модулированных сигналов (рис. 15.3) похож на АМ-передатчик, за исключением блока модуляции (каскад 3). Частотная модуляция осуществляется генератором радиочастоты, частота которого изменяется в соответствии с уровнем модулирующего сигнала звуковой частоты, поступающего от усилителя звуковой частоты (каскад 2).

Рис. 15.3. ЧМ-передатчик.

Параметры ЧМ-радиовещательных передач радиостанции Би-би-си

DSB (две боковые полосы)

Тип Ширина полосы Девиация частоты Максимальная девиация Несущие

250 кГц

15 кГц/В

±75 кГц

УКВ: 89,1; 91,5; 93,5 МГц.

ЧМ-приемник

На рис. 15.4 показана блок-схема супергетеродинного ЧМ-приемника. Первый его каскад представляет собой резонансный усилитель радиоча­стоты, заменяющий блок настройки в АМ-приемнике. Этот каскад необ­ходим в ЧМ-приемнике для обеспечения достаточного усиления несущей УКВ-диапазона. Гетеродин со смесителем (каскады 2 и 3) преобразуют выбранную частоту несущей к промежуточной частоте 10,7 МГц. Далее следуют усилители ПЧ. ЧМ-детектор или декодер (часто детектор от­ношений) преобразует изменения частоты в исходный сигнал звуковой частоты. Далее этот сигнал подается в низкочастотный блок, состоящий из усилителя напряжения и усилителя мощности звуковой частоты, и затем в нагрузку (громкоговоритель).

Ширина полосы частот ЧМ-системы составляет 250 кГц. Это означа­ет, что УРЧ и УПЧ должны иметь такую же ширину полосы пропускания, а именно 250 кГц. Полоса пропускания низкочастотного блока (каскады 7 и 8) должна перекрывать диапазон частот приблизительно от 20 Гц до 20 кГц.

Автоматическая регулировка усиления

Во многих случаях из-за атмосферных помех уровень принимаемой не­сущей изменяется или «замирает», что приводит к неприятным измене­ниям выходного сигнала приемника. Этот эффект можно существенно ослабить как в AM-, так и в ЧМ-приемниках, используя автоматическую регулировку усиления (АРУ).

Рис. 15.4. Блок-схема супергетеродинного ЧМ-прпемиика.

АРУ осуществляется с помощью цепи обратной связи по постоянному току, как показано на рис. 15.5. Постоянная составляющая с выхода детектора подается обратно на вход первого УПЧ. Напряжение обратной связи управляет величиной коэффициента усиления этого УПЧ, умень­шая коэффициент усиления при увеличении амплитуды принимаемой не­сущей и увеличивая его при уменьшении этой амплитуды.

Рис. 15.5. Автоматическая регулировка усиления (АРУ).

Автоматическая подстройка частоты

Искажение выходного сигнала приемника может быть вызвано неточной настройкой. Для правильной настройки на выбранную станцию исполь­зуется автоматическая подстройка частоты (АПЧ). Чаще всего АПЧ ис­пользуется в ЧМ-приемниках. Система АПЧ, показанная на рис. 15.6, управляет частотой гетеродина с помощью дискриминатора (или компа­ратора). Дискриминатор преобразует отклонения от правильной проме­жуточной частоты в «управляющее напряжение», которое подстраивает частоту генератора.

Рис. 15.6. Система автоматической подстройки частоты (АПЧ).

10

Импульсная модуляция

В уже рассмотренных видах модуляции использовалась непрерывная несущая (аналоговый сигнал). Существует еще один вид модуляции, когда несущая представляет собой последовательность импульсов. В этом слу­чае модулирующий сигнал воздействует на характеристики этих импуль­сов.

1. Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), при которой амплитуда импульса изменяется в соответствии с сигналом (рис. 16.1 (а)).

2. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ), при которой ширина, или длительность, импульса изменяется в соответствии с. сигналом (рис. 16.1(б)).

3. Фазоимпульсная модуляция (ФИМ), при которой положение (фаза) импульса изменяется в соответствии с сигналом (рис. 16.1(в)).

Рис. 16.1. Импульсная модуляция.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)

При амплитудно-импульсной модуляции модулирующий сигнал исполь­зуется для изменения амплитуды импульсов. Частота повторения им­пульсов и их ширина остаются неизменными. Следовательно, для пере­дачи информации вместо непосредственной передачи импульсов нужно передавать только изменение их амплитуды. Если амплитуду каждо­го импульса задавать некоторым кодом и затем передавать этот код, то мы получим то, что называется системой импульсно-кодовой модуляции (рис. 16.2).

Рис. 16.2. Отсчет (выборка) уровня модулирующего сигнала и его кодирование

в системе ИКМ.

Рис. 16.3.

В этой системе уровень каждого импульса или отсчета (выборки) ана­логового сигнала представляется набором импульсов постоянной ампли­туды и частоты, соответствующим двоичному коду (см. гл. 11). Порядок расположения импульсов в этом наборе, т. е. наличие или отсутствие им­пульсов в соответствующих местах, характеризует уровень исходного импульса (отсчета). Например, трехразрядный двоичный код составляется из комбинаций трех импульсов для представления уровня, как показано на рис. 16.3.

С помощью трехразрядного двоичного кода можно закодировать, т. е. преобразовать в двоичный код, только восемь дискретных уровней (0-7). Четырехразрядный двоичный код позволяет закодировать 16 уров­ней (0-15) и т. д.