Здравствуйте мои уважаемые читатели!
Рассмотрим процесс получения однополосного сигнала. При всей видимой лёгкости схемных решений, задача не из лёгких.
И начнём с первого этапа получения, а точнее формирования, двухполосного сигнала ( НБП + ВБП ). В первую очередь при формировании однополосного сигнала необходимо подавить несущую частоту в амплитудно-модулированном сигнале. Это делается из-за того, что несущая частота в несколько раз мощнее боковых полос и отфильтровать мощный, но ненужный сигнал на фоне слабого полезного сигнала очень трудная задача.
Приведу два примера – две схемы подавления несущей в амплитудно-модулированном сигнале с помощью кварцев, выполняющих функцию узкополосных заградительных фильтров.
Рис. 1. Пример амплитудно-частотной характеристики заграждающего фильтра.
Задача такого фильтра: с минимальным затуханием пропустить на выход две боковые полосы и по возможности уменьшить амплитуду самой несущей. С такой задачей прекрасно справляется кварц, имеющий очень высокую добротность. И для рассмотрения предлагаются две практически одинаковые схемы
Рис. 2. Схемы подавления несущей фильтровым методом.
Схема фильтра, работающего на последовательном резонансе, выглядит очень просто. Если частота последовательного резонанса кварца точно соответствует частоте несущей, то при совпадении несущей частоты и частоты последовательного резонанса кварца, его сопротивление минимально. И на этой частоте кварц практически, закорачивает контур L3,C5 и усиление каскада на этой частоте минимально. В то же время кварц «цепляет» и нижние частоты боковых полос, а они отстоят от частоты несущей всего на 300 Гц. Это первый минус данного варианта – несущую подавили, но и частично подавили низкочастотные составляющие боковых полос.
Второй минус – частота последовательного резонанса кварца, установленного в контуре, должна точно соответствовать частоте параллельно резонанса кварца, определяющего частоту несущей, а кварцевый генератор несущей обычно работает именно на частоте параллельного резонанса кварца. Следовательно, требуется очень точное совмещение параметров двух кварцев, а это очень трудоёмкая и финансово затратная операция.
Чтобы упростить совмещение частот кварцев, можно в фильтре работать на частоте параллельного резонанса, но построение схемы приводит к ухудшению усилительных качеств каскада. Кварц, установленный параллельно резистору в цепи эмиттера, уменьшает усиление каскада на несущей частоте, но из-за отсутствия конденсатора, подключенного параллельно резистору в цепи эмиттера, уже снижает до минимума усиление. И это основной минус этого фильтра. Частоты последовательного и параллельного резонанса кварцев очень сильно зависят от параметров кварцев: частоты резонатора и из какого материала он выполнен. Приведу для примера, таблицу зависимости от частоты
Рис. 3. Разница в процентах между частотами параллельного и последовательного резонансов в зависимости от частоты кварцев.
Есть кварцы, у которых разнос частот доходит до 0,4%.
Очень хорошее исследование ( именно исследование собранных схем ) приведено в материалах на канале «Старый радиолюбитель». Посмотрите, очень интересно все расписано и показано
И я являюсь читателем этого канала, и эти исследования меня ещё раз убедили, что подавлять несущую частоту лучше всего другим методом. А автору огромное спасибо за проделанную работу и прекрасное описание всех опытов!
И переходим к подавлению несущей балансным методом или способом, как кому нравится! И производится эта операция в балансном модуляторе ( смесителе ). Балансный метод основан, как видно из названия, на балансе двух плеч модулятора в которых, при равенстве плеч, сигнал несущей частоты на выходе схемы отсутствует. При отсутствии модулирующего сигнала, сигнал на выходе балансного модулятора отсутствует, При подаче низкочастотного сигнала на модулятор происходит разбалансировка плеч и на выходе появляется двухполосный сигнал с подавленной несущей.
Первые балансные модуляторы были ламповые, но для примера приведу упрощённую схему на транзисторах
Рис. 4. Балансный модулятор на транзисторах.
При отсутствии модулирующего сигнала, сигнал опорной частоты через конденсаторы С1 и С2 подаётся на базы транзисторов синфазно и усиленный транзисторами он гасится в трансформаторе Т2. При подаче НЧ сигнала на трансформатор Т1, НЧ сигнал поступает на базы противофазно и один транзистор усиливает сильнее, а второй слабее. И в этом случае, при сложении сигналов в трансформаторе Т2 на выход, проходит промодулированный сигнал в соответствии с сигналом НЧ. Недостатком такой схемы является необходимость применения низкочастотного трансформатора. Раньше с этим проблемы не было – в любом транзисторном радиоприёмнике были такие трансформаторы ( согласующий трансформатор усилителя звуковой частоты ) и их можно было купить. В настоящее время такую «раритетную» радиодеталь найти очень трудно!
Аналогом балансного модулятора на транзисторах являются балансные модуляторы на диодах.
Рис. 5. Балансный модулятор на диодах.
Практически полный аналог модулятора на транзисторах. Преимуществом схемы является отсутствие питающего напряжения и простота балансировки плеч. Недостаток – применение НЧ трансформатора. Добавили ещё два диода и получилась схема кольцевого балансного модулятора
Рис. 6. Кольцевой балансный модулятор.
В отличии от выпрямительного моста, в этой схеме диоды соединены в кольцо последовательно – катод первого с анодом второго и так все диоды. В этой схеме модулирующий сигнал подаётся в среднюю точку вторичной обмотки трансформатора Т1, но он аналогичен конструктивно трансформатору Т2. Здесь балансировка существенно упрощена, но диоды должны иметь одинаковые вольт-амперные характеристики. К достоинству балансных модуляторов можно отнести большой динамический диапазон по входным сигналам, а это компенсирует отсутствие усиления в этом узле. Если необходимо сформировать двухполосный сигнал на более высокой частоте, то можно ещё упростить схему и обойтись только одним трансформирующим узлом, применив ВЧ контур в котором обмотка связи подключена в качестве нагрузки кольцевого модулятора
Рис. 7. Высокочастотный кольцевой балансный модулятор.
Схема очень простая, но требует более тщательной балансировки из работы на более высокой частоте ( 8815 кГц ). Необходимость балансировки обусловлена паразитными ёмкостями монтажа. Для точной балансироки предусмотрен подстроечный конденсатор С2. Он подключен параллельно диоду VD3, но при разработке печатной платы необходимо предусмотреть возможность перестановки этого конденсатора параллельно к диоду VD4. Схема прекрасно работает, испытана многими радиолюбителями при создании аппаратуры с применением фильтра на частоту 8815 кГц. В данной схеме так же предусмотрена основная балансировка при помощи подстроечного резистора R3 и более точная конденсатором С2.
Иногда радиолюбители вводят балансировку и в схемы на Рис. 5 и на Рис. 6. Для этого первичную обмотку трансформатора Т2 разделяют в средней точке обмоток и устанавливают подстроечный резистор 51…100 Ом, а подвижный контакт подключают на общую землю. Это позволяет сбалансировать модулятор, но снижает коэффициент передачи.
Как же точно сбалансировать балансный модулятор? Вопрос непростой. Требуются измерительные приборы. Самый простой способ – собрать усилитель с детектором на выходе и по показаниям прибора подстраивать по наименьшему напряжению на выходе детектора. В идеальном случае, оно должно отсутствовать.
И вот здесь самым лучшим будет применение осциллографа ( к сожалению он есть не у каждого ).
А если он есть, но достаточно посмотреть сигнал на выходе. Однако, не все осциллографы имеют большую чувствительность, но и здесь есть выход… Помимо несущей, подаём на модулятор модулирующий сигнал 1000 Гц от звукового генератора и смотрим картинку на экране.
Рис. 8. Осциллограммы низкочастотного сигнала и идеального двухполосного сигнала.
К сожалению, такую «картинку» двухполосного сигнала получить очень трудно, но надо стремиться к лучшему. По «картинке» двухполосного сигнала очень хорошо видна разбалансировка. И вот примерно такую картинку несбалансированного сигнала можно посмотреть на экране даже не очень «крутого» осциллографа
Рис. 9. Разбаланс в выходном сигнале модулятора.
Хочу заметить, что разбаланс на «картинке» нарисован специально большой, чтобы было понятно. По величине разбананса можно судить о величине подавления несущей, это не даёт точной величины затухания, но при подавления 40 dbон ещё различим…
Балансные модуляторы одни из самых распространённых из-за своей простоты и повторяемости. И как было упомянуто выше, именно в случае с формированием однополосного сигнала их называют модуляторами, но это, видимо, в знак благодарности за их труд! Надо отметить, что более точное название – это смеситель! И как смеситель он может работать в широком диапазоне частот. И у этого смесителя есть ещё одно очень хорошее свойство – реверсивность. Если подавать опорную частоту, а на вход НЧ звуковой сигнал, на выходе будет двухполосный сигнал. Но если подать на выход двухполосный или однополосный сигнал, на НЧ входе получаем НЧ сигнал демодулированный. Свойство реверсивности применяют во многих приёмопередающих устройствах или иначе трансиверах.
Вот коротко о простых балансных модуляторах, но есть еще много вариантов получения двухполосного сигнала или если хотите – подавления несущей. И об этом в следующих материалах.
Надеюсь, материал Вам понравился… Пишите комментарии, ставьте лайки! Подписывайтесь на канал!
Желаю всем добра, здоровья, удачи в жизни и ЧИСТОГО НЕБА НАД ГОЛОВОЙ!!!
