Здравствуйте, уважаемые, читатели!
Я продолжаю тему о передающей аппаратуре, которая использовалась свободными радиолюбителями (радиохулиганами).
Кто пропустил публикацию предыдущих частей, посмотреть можно здесь: Часть 1 ; Часть 2 ; Часть 3 ; Часть 4
Модуляция
Налаживание телефонного передатчика ( в нашем случае - это "шарманка") требует от радиолюбителя определённого уровня знаний. Чтобы правильно подойти к выбору телефонного режима, радиолюбитель должен ясно представлять себе все физические процессы, происходящие при модуляции, уметь построить модуляционную характеристику и правильно выбрать телефонную точку так, чтобы максимально использовать мощность передатчика и получить глубокую, неискажённую модуляцию.
Общие сведения о модуляции
В "шарманке" радиохулиганами применялась исключительно амплитудная модуляция (сокращённо АМ).
Амплитудной модуляцией называется процесс изменения амплитуд колебаний высокой частоты в передатчике в соответствии с колебаниями звуковой частоты.
Процесс АМ в "Шарманке" представлен структурной схемой (Рис. 1).
При амплитудной модуляции амплитуда колебаний следует за кривой низкочастотного микрофонного тока (усиленного конечно). Это значит, что при отсутствии звука перед микрофоном амплитуда колебаний сохраняет свою среднюю величину, например так, как это показано на
Рис. 2, верхняя половина которого изображает колебания высокой
частоты, а нижняя ― низкочастотный ток, возбуждаемый звуком перед микрофоном. Рис. 2 соответствует отсутствию звука, когда низкочастотный ток равен нулю.
Но вот возник звук, появился модулирующий низкочастотный ток. При положительной полуволне низкочастотного тока амплитуда колебаний увеличивается, при отрицательной ― уменьшается. Это видно на Рис. 3, причём по-прежнему верхняя половина рисунка изображает колебания
высокой частоты, нижняя ― низкочастотный ток.
В действительности при передаче речи, не говоря уже о музыке, картина будет неизмеримо сложнее. Для ясности изображения я показал простую тональную модуляцию (т.е. модуляцию одним простым тоном). Но принципиальной стороны дела это не меняет, поэтому я и дальше буду пользоваться этим простым примером.
Коэффициент амплитудной модуляции
Важным показателем качества радиотелефонного передатчика является коэффициент амплитудной модуляции (М).
Коэффициент амплитудной модуляции (устаревшее название — глубина модуляции) — основная характеристика амплитудной модуляции — безразмерная величина, численно равная отношению разности между максимальным и минимальным значениями амплитуд модулированного сигнала к сумме этих значений, выраженная в процентах. Представлено на Рис. 4.
Чем глубже модуляция, тем громче и дальше слышен телефонный передатчик, поэтому глубину модуляции всегда стремятся сделать близкой или равной ста процентам.
Однако с увеличением глубины модуляции появляются искажения, которые носят название нелинейных искажений. При правильно выбранном режиме модуляции эти искажения могут быть сведены к минимуму даже при стопроцентной глубине модуляции. Перемодуляция всегда приводит к значительным нелинейным искажениям. На Рис. 5 представлены осциллограммы амплитудной модуляции с различной глубиной модуляции. На нижней осциллограмме — перемодуляция.
Что касается "шарманки", поскольку это простой передатчик (генератор высокой частоты), то достичь 100% глубины модуляции без нелинейных искажений довольно сложно. Следует ограничиться величиной в 70 - 80%.
Спектры частот при модуляции
При отсутствии звука перед микрофоном антенна излучает в пространство только колебания несущей частоты. Во время модуляции передатчика картина меняется. Например, если несущая частота передатчика 1600 КГц и передатчик модулируется частотой 1000 Гц, то такой передатчик будет излучать уже не одну, а три частоты — одну основную (несущую) и две боковых, которые отличаются от несущей на
± 1000 Гц.
В случае модуляции передатчика комплексом звуковых частот, например, при передаче музыки, каждый звук даст две боковых частоты модуляции, а так как музыка содержит ряд частот от 50 до 10000 Гц, то и передатчик будет излучать целый спектр высоких частот в виде двух боковых полос (Рис. 6).
В нашем примере при передаче музыки передатчик будет излучать спектр частот от 1590 до 1610 КГЦ, т. е. будет занимать в эфире полосу частот в 20 КГц.
При передаче речи занимаемая передатчиком полоса частот в эфире будет несколько меньше, чем при передаче музыки — 5 - 6 КГц. Для того чтобы радиостанции не мешали друг другу, нужно, чтобы их боковые полосы не совпадали — в противном случае в приёмнике будет слышен сильно мешающий интерференционный свист.
Из приведённых примеров ясно, что в узких диапазонах, используемых радиолюбителями, без взаимных помех может работать ограниченное число станций.
Мощность при модуляции
Излучаемая радиотелефонным передатчиком мощность изменяется в соответствии с изменением амплитуды тока высокой частоты в антенне при модуляции.
Наиболее характерными с точки зрения режима работы передатчика являются мощность передатчика при отсутствии модуляции и максимальная мощность.
При отсутствии модуляции излучаемая передатчиком мощность равна P.
Когда амплитуда тока достигает достигает наибольшей величины Imax и мощность, излучаемая передатчиком, будет максимальной (Pmax), тогда передатчик работает в другом режиме, носящим название максимального или телеграфного режима. Максимальный режим имеет место при наиболее громких звуках, произнесённых перед микрофоном.
В этом же режиме работает и радиотелеграфный передатчик (отсюда и название — "телеграфный" режим).
Посмотрим, как связаны между собой телефонная и телеграфная мощности передатчика.
Из Рис. 7 видно, что максимальная амплитуда равна
При стопроцентной глубине модуляции (М=1) максимальная амплитуда тока в антенне будет в два раза больше, чем амплитуда несущей частоты, т.е.
Мощность на несущей частоте
В тот момент, когда амплитуда равна Imax и мощность излучаемая антенной будет максимальной:
При стопроцентной модуляции максимальная мощность будет равна
Таким образом, для получения стопроцентной глубины модуляции передатчик должен отдавать мощность в 4 раза превышающую мощность несущей частоты в отсутствии модуляции.
Мощностью телефонного передатчика считают всегда мощность его в режиме несущей частоты, т. е. в отсутствии модуляции.
Анодно-экранная модуляция
Это основной вид модуляции, который применяли "радиохулиганы" при подключении приставки ("шарманки") к выходному каскаду лампового УНЧ.
Варианты подключения представлен ра Рис.8
Из схемы подключения видно, что модулирующий сигнал снимается с анода выходной лампы УНЧ в точке соединения его с выходным трансформатором звука (ТВЗ). В нашем случае ТВЗ будет выполнять роль модуляционного дросселя.
Своё название анодно-экранная модуляция получила от принципа подачи модулирующего напряжения на передающую лампу (на анод и на экранную сетку).
Обратите внимание, в "шарманке" применено триодное включение лампы, экранная сетка соединена с анодом, но от этого лампа триодом не становится и модуляция не становится анодной.
Использование варианта триодного включения не всегда целесообразно. Следует обратить внимание на величину модулирующего напряжения. В соответствии с характеристиками лампы 6П3С, напряжение на экранной сетке (номинальные электрические данные) не должно превышать 250 В при анодном напряжении 250 В. Так при напряжении модуляции до 250 В, триодное включение можно применять без ущерба для лампы, если напряжение модуляции превышает 250 В, то между экранной сеткой и анодом лампы 6П3С необходимо поставить резистор номинал которого подбирается в ходе настройки "шарманки". Схема включения резистора (R1) представлена на Рис. 9.
Нормальный режим работы тетродов - напряжение на экранной сетке меньше напряжения на аноде. Иначе возникает так называемый динатронный эффект, нарушающий нормальную работу лампы. 6П3С - лучевой тетрод. В нём для подавления динатронного эффекта поток электронов особым образом сфокусирован, но подавление неполное, что проявляется в виде небольшого провала на выходной характеристике при малом напряжении на аноде. Поэтому напряжение на экранной сетке уменьшают, чтобы добиться большей линейности. А если требуется лишь "выжать мощи" побольше, можно этого и не делать.
Есть ещё один нюанс, который необходимо учитывать при подключении "шарманки". Это возможности выходного ТВЗ, а именно, необходимо обратить внимание на диаметр провода первичной обмотки, чтобы иметь представление о величине тока, который можно пропускать через обмотку без последствий для трансформатора, поскольку подключение "шарманки" увеличивает ток протекающий через первичную обмотку ТВЗ. В случае превышения допустимой величины трансформатор перегревается и выходит из строя (довольно часто это случалось у любителей подолгу гонять музыку).
Из практики.
Надёжно работали ТВЗ с диаметром провода в первичной обмотке 0,23 мм, можно делать такое подключение и к трансформаторам с диаметром провода первичной обмотки 0,17 мм, но при этом следует ограничить ток анода 6П3С до 40 мА. Попадаются ТВЗ с диаметром провода 0,15 мм и 0,12 мм.
Или, как вариант, применить модуляцию на экранную сетку.
Модуляция на экранную сетку
Для лампы 6П3С может быть применена модуляция на экранную сетку. Вариант подключения показан на Рис. 10
При экранной модуляции желательно между экранной сеткой и корпусом включить конденсатор C1. Рис.11.
Конденсатор C1, "развязывает" экранную сетку по высокой частоте, т.е. сводит к нулю потенциал высокой частоты на экранной сетке. На Рис. 10, где изображён вариант включения "шарманки" к радиоле "ВЭФ Рапсодия", этот конденсатор не нарисован по причине того, что схематично он уже установлен в УНЧ радиолы (C13).
Что необходимо знать применяя данные варианты модуляции
УНЧ, применяемых бытовых устройств в качестве модулятора — это однотактный ламповый усилитель, работающий в классе А. Получить максимальную отдачу от лампы 6П3С в данной реализации нельзя (мощности выходной лампы УНЧ недостаточно).
Ещё один момент — в этой схеме невозможно получить 100% модуляцию, ввиду остаточного напряжения на аноде модуляторной лампы. Увеличить коэффициент модуляции, можно, подав модуляцию не напрямую, с анода, а через параллельную цепочку из резистора и конденсатора, смотрите Рис. 12.
Продолжение следует...
В следующей части будет рассмотрено устройство и способы подключения передающих антенн.
Если не хотите пропустить публикацию, подпишитесь на канал.