نمودار مدولاسیون دامنه. مدولاسیون دامنه

مدولاسیون دامنه- نوع مدولاسیون که در آن پارامتر متغیر سیگنال حامل، دامنه آن است.

مدولاسیون دامنه (AM) - مدولاسیونی که در آن نوسانات بدون میرایی متناسب با نوسانات فرکانس پایین تر که آن را مدوله می کنند، دامنه را تغییر می دهند.

با مدولاسیون دامنه (AM)، دامنه نوسان فرکانس بالا (حامل) مطابق قانون سیگنال تعدیل کننده (اولیه) تغییر می کند.

با AM، طیف سیگنال تعدیل کننده به ناحیه فرکانس حامل منتقل می شود و اجزای جانبی بالایی و پایینی طیف را تشکیل می دهد. از آنجایی که این تبدیل فرکانس های جدیدی تولید می کند، روش مدولاسیون یک تبدیل غیر خطی است. اما از آنجایی که طیف سیگنال مدوله با AM تغییر نمی کند، بلکه فقط به ناحیه فرکانس بالا منتقل می شود، AM یک نوع مدولاسیون خطی در نظر گرفته می شود.

هدف هر مدولاسیون تحریف نشده و با انتقال سیگنال تداخل کمتر در یک خط ارتباطی مشخص است.

اصول تبدیل طیف در AM به طور گسترده در فناوری استفاده می شود.

به عنوان مثال، هنگام توسعه مدارهایی برای پخش و گیرنده های تلویزیونی، سیستم های تلفن چند کاناله با مالتی پلکسی تقسیم فرکانس خطوط ارتباطی و به ویژه زیربنای دستگاه تحلیلگر طیف.

فرکانس حاملفرکانس نوسانات هارمونیک مدوله شده توسط سیگنال ها به منظور انتقال اطلاعات. نوسانات با فرکانس پایین گاهی اوقات نوسان حامل نامیده می شود. خود ارتعاشات با فرکانس های پایین حاوی اطلاعات نیستند، آنها فقط آن را "حمل" می کنند. طیف نوسانات مدوله شده، علاوه بر فرکانس های جانبی LF، حاوی اطلاعات ارسالی است.

اگر سیگنالی با فرمول سینوسی به عنوان سیگنال اولیه در نظر بگیریم، سیگنال مدوله شده با دامنه شکل نشان داده شده در شکل را خواهد داشت.

از جنبه کیفیت مدولاسیون دامنه(AM) را می توان به عنوان تغییر در دامنه حامل متناسب با دامنه سیگنال تعدیل کننده تعریف کرد.

نوسان هارمونیک فرکانس بالا w در دامنه توسط نوسان هارمونیک فرکانس پایین مدوله می شود W (t = 1/W دوره آن است)، t زمان است، A دامنه نوسان فرکانس بالا، T دوره آن است.

مدولاسیون دامنه با سیگنال سینوسی، w فرکانس حامل، W فرکانس نوسانات تعدیل کننده، Amax و Amin مقادیر حداکثر و حداقل دامنه هستند.

برای سیگنال مدوله کننده دامنه بزرگ، دامنه متناظر حامل مدوله شده باید بزرگ و برای مقادیر دامنه کوچک باشد.این طرح مدولاسیون را می توان با ضرب دو سیگنال پیاده سازی کرد.

عمق مدولاسیون دامنه- حداکثر انحراف نسبی دامنه از میانگین

چگالی طیفی سیگنال مدوله‌شده نشان‌دهنده دو طیف از تابع تعدیل‌کننده است که با توجه به فرکانس‌های w = w 0 و w = -w 0 (تغییر شده توسط فرکانس‌های حامل) ساخته شده‌اند.

مثال. طیف مدولاسیون تک تن

سیگنال رادیویی از یک موج حامل و دو شکل موج سینوسی به نام نوارهای جانبی تشکیل شده است.

در مدولاسیون دامنه مرسوم، اطلاعات در هر یک از دو باند جانبی موجود است.

سیگنال حامل- سیگنالی که یک یا چند پارامتر آن در طول فرآیند مدولاسیون در معرض تغییر هستند. درجه تغییر پارامتر تعیین می شود ارزش لحظه ایسیگنال اطلاعاتی ( تعدیل کننده )

هر سیگنال ثابتی را می توان به عنوان حامل استفاده کرد. اغلب، یک فرکانس بالا (نسبت به سیگنال اطلاعات) به عنوان سیگنال حامل استفاده می شود. نوسان هارمونیککه به دلیل سهولت دمدولاسیون و طیف باریک است. با این حال، در برخی موارد توصیه می شود از انواع دیگر سیگنال حامل، به عنوان مثال، موج مربعی استفاده کنید.

سیگنال حامل اغلب به عنوان حامل نامیده می شود(از فرکانس حامل)، یا حامل (نوسان). همه این اصطلاحات تقریباً به یک معنی هستند. در اصطلاح انگلیسی، سیگنال حامل را با کلمه حامل نشان می دهند.

نسبت U /U 0 را ضریب مدولاسیون mAM می نامند. اغلب به صورت درصد بیان می شود. اگر U 0 >=Umax باشد، ضریب mAM از 0 تا 1 تغییر می کند.

فاکتور مدولاسیون دامنه(ضریب AM، عمق مدولاسیون منسوخ) - مشخصه اصلی مدولاسیون دامنه - نسبت تفاوت بین مقادیر حداکثر و حداقل دامنه سیگنال مدوله شده به مجموع این مقادیر، که به صورت درصد بیان می شود.

نوسانات AM نتیجه اضافه شدن سه نوسان با فرکانس بالا هستند. نوسانات با فرکانس f 0 و دامنه U 0 و دو نوسان با فرکانس f 0 + F و f 0 - F و دامنه 0.5 mAM*U 0 .

در سیستم های مدوله شده با دامنه (AM)، موج تعدیل کننده دامنه موج حامل فرکانس بالا را تغییر می دهد. تجزیه و تحلیل فرکانس های خروجی وجود نه تنها فرکانس های ورودی f 0 و F را نشان می دهد، بلکه مجموع و تفاوت آنها را نیز نشان می دهد: fn + F و fn - F. اگر موج تعدیل کننده پیچیده باشد، مانند یک سیگنال گفتاری که شامل بسیاری از فرکانس ها، سپس مبالغ و تفاوت ها فرکانس های مختلفدو باند، یکی زیر و دیگری بالای فرکانس حامل را اشغال می کند. فرکانس های f n + F و f n - F به ترتیب فرکانس های سمت بالا و پایین نامیده می شوند.

نوار کناری بالایییک کپی از سیگنال مکالمه اصلی است که فقط با فرکانس Fc جابجا شده است. باند پایین یک کپی معکوس از سیگنال اصلی است، یعنی. فرکانس های بالا در اصلی فرکانس های پایین تر در سمت پایین هستند.

نوار کناری پاییناین انعکاس آینهجانبی فوقانی با توجه به فرکانس حامل Fc.

یک سیستم AM که هر دو طرف و حامل را ارسال می کند به عنوان سیستم دو جانبه (DSB) شناخته می شود. حامل هیچ کدام را حمل نمی کند اطلاعات مفیدو می توان آن را با یا بدون حامل حذف کرد، پهنای باند سیگنال DSB دو برابر پهنای باند سیگنال اصلی است. برای باریک کردن باند، می توان نه تنها حامل، بلکه یکی از نوارهای جانبی را نیز تعویض کرد، زیرا آنها همان اطلاعات را دارند. این نوع عملیات به عنوان Single SideBand Suppressed Carrier (SSB-SC) شناخته می شود.

مدولاسیون دامنه سیگنال پیچیده

هر ایستگاه رادیویی فرستنده ای که در حالت مدولاسیون دامنه کار می کند نه یک فرکانس، بلکه مجموعه ای کامل (طیف) فرکانس را منتشر می کند. در ساده ترین حالت (با یک سیگنال سینوسی)، این طیف فقط شامل سه جزء است - یک حامل و دو طرف. اگر سیگنال مدوله سینوسی نیست، بلکه پیچیده تر است، به جای دو فرکانس جانبی در نوسان مدوله شده، دو فرکانس وجود خواهد داشت. نوارهای جانبی، که محتوای فرکانس آن توسط محتوای فرکانس سیگنال تعدیل کننده تعیین می شود.

بنابراین، هر ایستگاه فرستنده بازه فرکانسی مشخصی را در هوا اشغال می کند. برای جلوگیری از تداخل، فرکانس های حامل ایستگاه های مختلفباید با فاصله ای بیشتر از مجموع نوارهای کناری از یکدیگر جدا شوند. عرض نوار کناری به ماهیت بستگی دارد سیگنال ارسال شده: برای پخش - 10 کیلوهرتز، برای تلویزیون - 6 مگاهرتز. بر اساس این مقادیر، فاصله بین فرکانس های حامل ایستگاه های مختلف را انتخاب کنید. برای به دست آوردن یک نوسان مدوله شده با دامنه، نوسان فرکانس حامل و سیگنال تعدیل کننده به یک دستگاه خاص - یک مدولاتور تغذیه می شود.

دمودولاسیون سیگنال AM با اختلاط سیگنال مدوله شده با حاملی با فرکانس مشابه در مدولاتور به دست می آید.

سپس سیگنال اصلی به عنوان یک فرکانس (یا باند فرکانسی) منفرد بدست می آید و می تواند از سیگنال های دیگر فیلتر شود. حامل دمودولاسیون به صورت محلی تولید می شود و ممکن است به هیچ وجه با فرکانس حامل در مدولاتور مطابقت نداشته باشد. تفاوت کوچک بین دو فرکانس علت عدم تطابق فرکانس است که در مدارهای تلفن ذاتی است.

با توجه به مدولاسیون دامنه یک سیگنال پیچیده، افزایش در نرخ داده رخ می دهد.

روی پانل هر گیرنده رادیویی مدرن یک سوئیچ AM-FM وجود دارد. به عنوان یک قاعده، یک مصرف کننده معمولی به معنای این حروف فکر نمی کند، کافی است به یاد داشته باشد که ایستگاه رادیویی مورد علاقه وی VHF در FM وجود دارد که سیگنالی را با صدای استریو و با کیفیت عالی پخش می کند و در AM می توانید مایاک را بگیر اگر در آن عمیق شوید جزییات فنیحداقل در سطح دستورالعمل های کاربر، معلوم می شود که AM مدولاسیون دامنه است و FM مدولاسیون فرکانس است. اونها چجوری متفاوت هستن؟

برای اینکه موسیقی از بلندگوی رادیو پخش شود، باید تغییرات خاصی داشته باشد. اول از همه باید برای پخش رادیویی مناسب ساخت. مدولاسیون دامنه اولین راهی بود که مهندسان ارتباطات برای انتقال گفتار و برنامه های موسیقیروی هوا Fessenden آمریکایی در سال 1906 با استفاده از یک ژنراتور مکانیکی، نوسانات 50 کیلوهرتز را دریافت کرد که اولین فرکانس حامل در تاریخ شد. علاوه بر این، او تصمیم گرفت مشکل فنیاکثر به روشی سادهبا نصب میکروفون در خروجی سیم پیچ. هنگامی که در معرض پودر زغال سنگ در داخل جعبه غشایی قرار می گرفت، مقاومت آن تغییر می کرد و شدت سیگنالی که از ژنراتور به آنتن فرستنده می رسید بسته به آنها کاهش یا افزایش یافت. به این ترتیب مدولاسیون دامنه اختراع شد، یعنی تغییر دامنه سیگنال حامل به طوری که شکل خط پاکت با شکل سیگنال ارسالی مطابقت داشته باشد. در دهه 1920 ژنراتورهای مکانیکی با ژنراتورهای لوله خلاء جایگزین شدند. این به طور قابل توجهی اندازه و وزن فرستنده ها را کاهش داد.

با دامنه تفاوت دارد زیرا دامنه موج حامل بدون تغییر باقی می ماند، فرکانس آن تغییر می کند. به عنوان پایگاه الکترونیکیو مدار، راه های دیگری نیز وجود داشت که از طریق آن سیگنال اطلاعاتروی فرکانس محدوده رادیویی "بنشینید". تغییر فاز و عرض پالس نام فاز و مدولاسیون عرض پالس. به نظر می رسید که مدولاسیون دامنه به عنوان یک روش پخش منسوخ شده است. اما به شکل دیگری معلوم شد، او موقعیت خود را حفظ کرد، البته به شکل کمی تغییر یافته.

افزایش تقاضا برای اشباع اطلاعات فرکانس ها، مهندسان را بر آن داشت تا به دنبال راه هایی برای افزایش تعداد کانال های ارسال شده در یک موج باشند. امکان پخش چند کاناله نیز توسط سد Nyquist تعیین می شود، با این حال، علاوه بر کوانتیزه کردن سیگنال، امکان افزایش بار اطلاعات با تغییر فاز وجود داشت. مدولاسیون دامنه چهارگانه یک روش انتقال است که در آن سیگنال‌های مختلف با فرکانس یکسان ارسال می‌شوند و در فاز نسبت به یکدیگر 90 درجه جابجا می‌شوند. چهار فاز یک ربع یا ترکیبی از دو مؤلفه را تشکیل می دهد که با توابع مثلثاتی sin و cos توضیح داده شده است، از این رو به این نام می گویند.

مدولاسیون دامنه چهارگانه در این کشور رواج یافته است ارتباطات دیجیتال. در هسته خود، ترکیبی از مدولاسیون فاز و دامنه است.

با مدولاسیون دامنه، مطابق با قانون پیام ارسالی، دامنه سیگنال مدوله شده تغییر می کند. مدولاسیون دامنه رایج ترین نوع است مدولاسیون آنالوگدر سیستم های ارتباطات رادیویی، پخش و تلویزیون.

ساده ترین نوع مدولاسیون دامنه است تک صدا(از کلمه تن - صدای یک فرکانس)، که در آن سیگنال تعدیل کننده یک نوسان هارمونیک است:

جایی که
- دامنه سیگنال تعدیل کننده (حداکثر ارتفاع سینوسی)؛

- فرکانس دایره ای (زاویه ای)،
;

- دوره نوسان تعدیل کننده؛

- فاز اولیه.

یک سیگنال هارمونیک با فرکانس بالا تقریباً همیشه به عنوان یک موج حامل در سیستم های ارتباطی و پخش استفاده می شود.

بیایید یک سیگنال سینوسی را به عنوان یک پیام آنالوگ آزمایشی در نظر بگیریم:

(40)

حامل ها، یعنی نوسانات مدوله شده

(41)

فرکانس نوسانات حامل کجاست
- فرکانس نوسان تعدیل کننده.

در نتیجه تأثیر نوسان (40) بر دامنه نوسانات حامل (41)، سیگنالی با مدولاسیون دامنه به دست می آوریم:

جایی که
- ضریب مدولاسیون دامنه.

نمودارهای سه نوسان نامگذاری شده در شکل نشان داده شده است. 13 و شکل. چهارده.

به منظور شفافیت، در شکل. 15، ولی, بنمودارهای نوسان تعدیلی نشان داده شده است
، بلبرینگ - در
.

1. طیف سیگنال AM

از (42) عبارت را بدست می آوریم:

که مطابق با فرمول حاصل ضرب توابع مثلثاتی به فرم تقلیل می دهیم

که از آن نتیجه می شود که طیف نوسان در طول مدولاسیون دامنه توسط سیگنال تن از سه جزء با فرکانس تشکیل شده است: (منطبق با فرکانس حامل)، (
) (سمت پایین)، (
) (سمت بالا). ولی دامنه اجزای جانبی
.

برنج. 15. مدولاسیون دامنه

آ - سیگنال تعدیل (کنترل)؛ ب- موج حامل (سیگنال فرکانس رادیویی)؛ که در- سیگنال مدوله شده با دامنه.

عرض طیف AM
. بنابراین، با داشتن پایه B=1، سیگنال با مدولاسیون دامنه متعلق به کلاس باند باریک است.

هنگامی که با یک پیام پیچیده تر که طیف را اشغال می کند مدوله می شود
قبل از
(شکل 16a)، طیف نوسان AM نشان داده شده در شکل 1 بر این اساس تغییر خواهد کرد. 16 ب.

طیف یک سیگنال مدوله شده با دامنه، مجموعه ای از نوسانات ساده (هارمونیک) (مولفه ها) است. فرکانس های مختلفو دامنه هایی که یک فرآیند نوسانی پیچیده را می توان در امتداد محور فرکانس تجزیه کرد، یعنی. سیگنال AM. بیان تحلیلی برای چنین سیگنالی، با در نظر گرفتن فرمول مثلثاتی برای حاصل ضرب کسینوس، می تواند به عنوان مجموع نوسانات نشان داده شود:

(45)

از فرمول (44) می توان دریافت که با مدولاسیون تک تن، طیف سیگنال AM از سه جزء با فرکانس بالا تشکیل شده است: نوسان حامل اولیه با دامنه.
و فرکانس و همچنین دو نوسان هارمونیک جدید با فرکانس های مختلف
و
، اما با همان دامنه
/2 ، در فرآیند مدولاسیون دامنه ظاهر می شود و پیام ارسال شده را منعکس می کند.

نوسانات با فرکانس ها
و
به ترتیب اجزای جانبی بالا و پایین (فرکانس) نامیده می شوند. آنها به طور متقارن با توجه به فرکانس حامل مرتب شده اند. .

طیف سیگنال AM تک آهنگی در شکل نشان داده شده است. 17. شکل به وضوح نشان می دهد که عرض طیف سیگنال AM (
) برای مدولاسیون تک تن برابر است با دو برابر مقدار فرکانس مدولاسیون:

(46)

که در آن F فرکانس چرخه ای مدولاسیون (سیگنال تعدیل کننده) است.

در صورت عدم وجود مدولاسیون (M = 0)، دامنه اجزای جانبی برابر با صفر است و طیف سیگنال AM به طیف موج حامل (جزء) تبدیل می شود.
در فرکانس ). در مورد مدولاسیون سیگنال حامل با شکل پیچیده، متشکل از چندین هارمونیک فرکانس های مختلف، هر هارمونیک سیگنال تعدیل کننده (کنترل) دو فرکانس جانبی در طیف سیگنال رادیویی ایجاد می کند که به طور متقارن با توجه به فرکانس حامل قرار دارند. بنابراین، طیف چنین سیگنال AM از یک حامل و دو باند جانبی - یک بالا و یک پایین تشکیل شده است. عرض هر نوار کناری است
، و عرض طیف سیگنال پیچیده AM برابر با دو برابر بالاترین فرکانس در طیف سیگنال تعدیل کننده است (شکل 18).

مدولاسیون دامنه - نوعی مدولاسیون که در آن پارامتر متغیر سیگنال حامل، دامنه آن است.
اولین تجربه انتقال گفتار و موسیقی توسط رادیو با استفاده از روش مدولاسیون دامنه در سال 1906 توسط مهندس آمریکایی R. Fessenden انجام شد. فرکانس حامل 50 کیلوهرتز فرستنده رادیویی توسط یک ژنراتور ماشین (آلترناتور) تولید شد؛ برای مدولاسیون آن، یک میکروفون کربنی بین ژنراتور و آنتن روشن شد که تضعیف سیگنال در مدار را تغییر داد. از سال 1920، به جای دینام، از ژنراتورها استفاده شد لوله های الکترونیکی. در نیمه دوم دهه 1930، با توسعه امواج فوق کوتاه، مدولاسیون دامنه به تدریج از پخش و ارتباطات رادیویی در VHF خارج شد. مدولاسیون فرکانس. از اواسط قرن 20 در خدمت و رادیو آماتوردر همه فرکانس ها، مدولاسیون تک باند جانبی (SSB) معرفی شده است که تعدادی از مزایای مهمقبل از AM بحث انتقال به UBP و پخش مطرح شد، اما این امر مستلزم جایگزینی همه گیرنده های پخش با گیرنده های پیچیده تر و گران تر بود، بنابراین اجرا نشد. در پایان قرن بیستم، گذار به پخش دیجیتالبا استفاده از سیگنال های دستکاری دامنه.
سیگنال صوتیمی تواند دامنه (AM) یا فرکانس (FM) حامل را تعدیل کند. بگذارید S(t) یک سیگنال اطلاعاتی باشد، |S(t)|<1, U_c(t) — несущее колебание. Тогда амплитудно-модулированный сигнал U_\text{am}(t) может быть записан следующим образом: U_\text{am}(t)=U_c(t).\qquad\qquad(1) Здесь m — некоторая константа, называемая коэффициентом модуляции. Формула (1) описывает несущий сигнал U_c(t), модулированный по амплитуде сигналом S(t) с коэффициентом модуляции m. Предполагается также, что выполнены условия: |S(t)|<1,\quad 0مثالفرض کنید می خواهیم موج حامل را با یک سیگنال مونو هارمونیک مدوله کنیم. عبارت برای نوسان حامل با فرکانس \omega_c به شکلی است (ما فاز اولیه را برابر صفر قرار می دهیم U_c(t)=C\sin(\omega_c t) بیان سیگنال سینوسی مدوله کننده با فرکانس \omega_s فرم U_s(t)=U_0\sin( \omega_s t+\varphi)، که در آن \varphi فاز اولیه است سپس U_\mathrm(am)(t)=C\sin(\omega_c t) فرمول بالا برای y( t) را می توان به صورت زیر نوشت: U_ \mathrm(am)(t)=C\sin(\omega_c t)+\frac(mCU_0)(2)(\cos((\omega_c-\omega_s)t-\varphi) -\cos((\omega_c+\ omega_s)t+\varphi)) سیگنال رادیویی از یک شکل موج حامل و دو شکل موج سینوسی به نام باندهای جانبی تشکیل شده است که هر کدام فرکانس متفاوتی نسبت به \omega_c دارند. برای شکل موج سینوسی مورد استفاده در اینجا، فرکانس ها عبارتند از \ omega_c+\omega_s و \omega_c- \omega_s تا زمانی که فرکانس های حامل رادیوهای همسایه به اندازه کافی از هم جدا شده باشند و باندهای جانبی همپوشانی نداشته باشند، ایستگاه ها با یکدیگر تداخل نخواهند داشت.

برای انتقال از راه دور بدون سیم گفتار، موسیقی، تصاویر، ولتاژ متناوب فرکانس بالا (بیش از 100 کیلوهرتز) استفاده می شود که توسط یک آنتن فرستنده رادیویی در فضا تابش می شود. برای انجام انتقال سیگنال از طریق تلفن رادیویی، دامنه فرکانس بالای فرستنده یا فرکانس آن باید بر اساس قانون فرکانس پایین (صدا) تغییر کند. مدولاسیون دامنه با ضریب عمق مدولاسیون (m) مشخص می شود که نسبت را بیان می کند. افزایش دامنه فرکانس بالا (dUm) به مقدار متوسط ​​آن (Um): m = dUm/Um * 100٪ در طول انتقال رادیویی، می تواند از 0 تا 80 درصد تغییر کند - توصیه نمی شود آن را بیشتر افزایش دهید، زیرا ممکن است اعوجاج غیر خطی سیگنال فرکانس پایین ظاهر شود. اگر مدولاسیون فرکانس بالا توسط یک سیگنال با هر فرکانس پایین (Fn) انجام شود، سیگنال مدوله شده ترکیبی از سه فرکانس را نشان می دهد: حامل، سمت بالا و سمت پایین. اگر مدولاسیون با یک طیف فرکانسی کامل انجام شود، یک طیف فرکانس بالا با باندهای جانبی بالا و پایین به دست می آید. بنابراین، یک فرستنده رادیویی پخش، پهنای باند حداقل 10 کیلوهرتز را در محدوده فرکانس بالا اشغال می کند.

مدولاسیون دامنه فرآیند تولید یک سیگنال مدوله شده با دامنه است، یعنی. سیگنالی که دامنه آن بر اساس قانون سیگنال تعدیل کننده (پیام ارسالی) تغییر می کند. این فرآیند توسط یک مدولاتور دامنه اجرا می شود.

مدولاتور دامنه باید یک نوسان با فرکانس بالا تشکیل دهد، بیان تحلیلی که در حالت کلی دارای شکل است.

پوشش نوسان مدوله شده، با تابعی که قانون تغییر دامنه را مشخص می کند، کجاست.

سیگنال تعدیل کننده؛

و - فرکانس و فاز اولیه نوسان فرکانس بالا.

برای به دست آوردن چنین سیگنالی، باید نوسان فرکانس بالا (حامل) و سیگنال تعدیل کننده فرکانس پایین را به گونه ای ضرب کرد که پوششی از فرم تشکیل شود. وجود یک جزء ثابت در ساختار پاکت، تک قطبی بودن تغییر آن را تضمین می کند، ضریب مدولاسیون بیش از حد را حذف می کند، یعنی. عمق مدولاسیون را فراهم می کند. واضح است که چنین عملیات ضربی با تبدیل طیفی همراه خواهد بود، که این امکان را فراهم می کند که مدولاسیون دامنه را به عنوان یک فرآیند اساساً غیر خطی یا پارامتری در نظر بگیریم.

ساختار مدولاتور دامنه در مورد استفاده از یک عنصر غیر خطی در شکل نشان داده شده است. 8.4.

برنج. 8.4. نمودار ساختاری مدولاتور دامنه

عنصر غیر خطی موج حامل و سیگنال تعدیل کننده را تبدیل می کند، در نتیجه یک جریان (یا ولتاژ) تشکیل می شود که طیف آن شامل اجزایی در باند فرکانس از تا، و - بالاترین فرکانس در طیف است. سیگنال تعدیل کننده فیلتر باند گذر این اجزای طیف را جدا می کند و سیگنال مدوله شده با دامنه را در خروجی تولید می کند.

ضرب دو سیگنال را می توان با استفاده از یک عنصر غیر خطی انجام داد، که مشخصه آن با یک چند جمله ای حاوی یک جمله درجه دوم تقریبی است. با توجه به این، مربع مجموع دو سیگنال، حاوی حاصل ضرب آنها تشکیل می شود.

ماهیت آنچه گفته شد و ایده کلی تشکیل یک نوسان مدوله شده با دامنه، با تبدیل های ریاضی نسبتاً ساده با این فرض که مدولاسیون تونال (یک فرکانس) انجام می شود، نشان داده شده است.

1. به عنوان یک عنصر غیر خطی، از ترانزیستوری استفاده می کنیم که CVC آن با یک چند جمله ای درجه دوم تقریب می شود. .

2. ولتاژی برابر با مجموع دو نوسان به ورودی عنصر غیر خطی اعمال می شود: حامل و مدولاتور، یعنی.

3. ترکیب طیفی جریان به صورت زیر تعیین می شود:

در بیان به دست آمده، اجزای طیفی به ترتیب صعودی فرکانس های خود مرتب شده اند. در میان آنها مولفه هایی با فرکانس، و وجود دارد که یک نوسان مدوله شده با دامنه را تشکیل می دهند، یعنی.

در فرستنده ها، فرآیندهای مدولاسیون و تقویت معمولاً با هم ترکیب می شوند که حداقل اعوجاج سیگنال های مدوله شده را تضمین می کند. برای این منظور، مدولاتورهای دامنه بر اساس طرح تقویت کننده های توان تشدید ساخته می شوند که در آن با تغییر موقعیت نقطه عملکرد مطابق قانون سیگنال تعدیل کننده، تغییر در دامنه نوسانات فرکانس بالا حاصل می شود.

طرح و حالت های عملکرد مدولاتور دامنه

مدار یک مدولاتور دامنه مبتنی بر تقویت کننده رزونانس در شکل نشان داده شده است. 8.5.

برنج. 8.5. مدار تعدیل کننده دامنه مبتنی بر تقویت کننده رزونانس

در ورودی تقویت کننده رزونانسی که در حالت غیر خطی کار می کند، موارد زیر اعمال می شود:

نوسان حامل از یک اسیلاتور خود با استفاده از اتصال ترانسفورماتور فرکانس بالا مدار مدار ورودی با پایه ترانزیستور.

تعدیل سیگنال با استفاده از ترانسفورماتور فرکانس پایین

خازن ها و - مسدود کردن، جداسازی مدارهای ورودی را با توجه به فرکانس های نوسان حامل و سیگنال تعدیل کننده، یعنی. جداسازی در فرکانس های بالا و پایین مدار نوسانی در مدار کلکتور با فرکانس نوسان حامل تنظیم می شود، ضریب کیفیت مدار پهنای باند را فراهم می کند، جایی که بالاترین فرکانس در طیف سیگنال مدوله است.

انتخاب نقطه عملیاتی حالت عملکرد مدولاتور را تعیین می کند. دو حالت ممکن است: حالت سیگنال کوچک و حالت سیگنال بزرگ.

ولی. حالت ورودی کوچک

این حالت با انتخاب نقطه کار در وسط بخش درجه دوم مشخصه جریان-ولتاژ ترانزیستور تنظیم می شود. انتخاب دامنه نوسان حامل عملکرد مدولاتور را در این بخش تضمین می کند (شکل 8.6).

برنج. 8.6. حالت ورودی کوچک AM

دامنه ولتاژ در مدار نوسانی، که فرکانس تشدید آن برابر با فرکانس حامل است، با دامنه اولین هارمونیک جریان تعیین می شود، یعنی. ، مقاومت تشدید مدار کجاست. با در نظر گرفتن اینکه میانگین شیب CVC در قسمت کاری برابر است با نسبت دامنه هارمونیک اول به دامنه نوسان حامل، یعنی. ، می توان نوشت

.

تحت تأثیر ولتاژ تعدیل کننده اعمال شده به پایه ترانزیستور، موقعیت نقطه کار تغییر خواهد کرد، به این معنی که شیب متوسط ​​CVC نیز تغییر خواهد کرد. از آنجایی که دامنه ولتاژ در مدار نوسانی متناسب با شیب متوسط ​​است، بنابراین برای اطمینان از مدولاسیون دامنه نوسان حامل، لازم است از وابستگی خطی شیب به سیگنال مدوله اطمینان حاصل شود. اجازه دهید نشان دهیم که این امر هنگام استفاده از بخش کاری مشخصه جریان-ولتاژ، که با یک چند جمله ای درجه دوم تقریب شده است، امکان پذیر است.

بنابراین، در بخش درجه دوم CVC توصیف شده توسط چند جمله ای، یک ولتاژ ورودی برابر با مجموع دو نوسان وجود دارد: حامل و مدوله، یعنی.

ترکیب طیفی جریان کلکتور به صورت زیر تعیین می شود:

اولین هارمونیک جریان را انتخاب می کنیم:

بنابراین، دامنه هارمونیک اول:

همانطور که از عبارت بدست آمده مشاهده می شود، دامنه هارمونیک اول جریان به طور خطی به ولتاژ تعدیل کننده بستگی دارد. بنابراین، شیب متوسط ​​نیز به صورت خطی به ولتاژ تعدیل کننده بستگی خواهد داشت.

سپس ولتاژ مدار نوسانی برابر با:

بنابراین، در خروجی مدولاتور در نظر گرفته شده، یک سیگنال مدوله شده با دامنه شکل تشکیل می شود:

در اینجا ضریب عمق مدولاسیون است.

- دامنه نوسان فرکانس بالا در خروجی مدولاتور در غیاب مدولاسیون، یعنی. در .

هنگام طراحی سیستم های انتقال، یک نیاز مهم، تشکیل نوسانات مدوله شده با دامنه توان بالا با کارایی کافی است. بدیهی است که نحوه عملکرد مدولاتور مورد نظر نمی تواند این الزامات، به ویژه مورد اول را برآورده کند. بنابراین، به اصطلاح حالت سیگنال بزرگ اغلب استفاده می شود.

ب حالت ورودی بزرگ

این حالت با انتخاب نقطه عملیاتی روی مشخصه I-V ترانزیستور تنظیم می شود که در آن تقویت کننده با قطع جریان کار می کند. به نوبه خود، انتخاب دامنه نوسان حامل تغییری در دامنه پالس های جریان کلکتور مطابق قانون سیگنال تعدیل کننده ایجاد می کند (شکل 8.7). این منجر به تغییر مشابهی در دامنه اولین هارمونیک جریان کلکتور و در نتیجه تغییر در دامنه ولتاژ در مدار نوسانی مدولاتور می شود.

و .

برنج. 8.7. حالت ورودی بزرگ AM

تغییر در دامنه ولتاژ فرکانس بالا ورودی در طول زمان با تغییر در زاویه قطع و در نتیجه ضریب همراه است. در نتیجه، شکل پوشش ولتاژ روی مدار ممکن است با شکل سیگنال تعدیل کننده متفاوت باشد، که این یک نقطه ضعف روش مدولاسیون در نظر گرفته شده است. برای اطمینان از حداقل اعوجاج، لازم است محدودیت های خاصی برای تغییر زاویه برش تعیین کنید و با ضریب مدولاسیونی که خیلی زیاد نیست کار کنید.

در مدار مدولاتور دامنه نشان داده شده در شکل. 8.8، سیگنال تعدیل کننده به پایه ترانزیستور مولد جریان پایدار اعمال می شود. مقدار این جریان متناسب با ولتاژ ورودی است. برای مقادیر کوچک ولتاژ ورودی، دامنه ولتاژ خروجی به سیگنال تعدیل کننده به شرح زیر بستگی دارد.

ضرایب تناسب کجاست.

ویژگی های مدولاتور دامنه

برای انتخاب حالت عملکرد مدولاتور و ارزیابی کیفیت کار آن، از ویژگی های مختلفی استفاده می شود که اصلی ترین آنها عبارتند از: پاسخ مدولاسیون استاتیک، پاسخ مدولاسیون پویا و پاسخ فرکانسی.

برنج. 8.8. مدار مدولاتور دامنه با ژنراتور جریان

ولی. پاسخ مدولاسیون استاتیک

پاسخ مدولاسیون استاتیک (SMC)وابستگی دامنه ولتاژ خروجی مدولاتور به ولتاژ بایاس در دامنه ثابت ولتاژ فرکانس حامل در ورودی است، یعنی. .

در تعیین تجربی مشخصه مدولاسیون استاتیک، فقط ولتاژ فرکانس حامل به ورودی مدولاتور اعمال می شود (سیگنال مدولاتور اعمال نمی شود)، مقدار تغییر می کند (مثل اینکه تغییر در سیگنال مدولاسیون در استاتیک شبیه سازی شده است) و تغییر در دامنه نوسان حامل در خروجی ثابت است. نوع مشخصه (شکل 8.9، a) با دینامیک تغییر در شیب متوسط ​​CVC با تغییر در ولتاژ بایاس تعیین می شود. بخش افزایشی خطی SMX با بخش درجه دوم CVC مطابقت دارد، زیرا در این بخش شیب متوسط ​​با افزایش ولتاژ بایاس افزایش می‌یابد. بخش افقی SMX با بخش خطی مشخصه I-V مطابقت دارد، یعنی. بخش با شیب متوسط ​​ثابت. هنگامی که ترانزیستور به حالت اشباع تغییر می کند، یک بخش افقی از مشخصه I-V با شیب صفر ظاهر می شود که با افت CMC منعکس می شود.

مشخصه مدولاسیون استاتیک به شما امکان می دهد مقدار ولتاژ بایاس و محدوده قابل قبول تغییر سیگنال مدوله را تعیین کنید تا از وابستگی خطی آن به ولتاژ خروجی اطمینان حاصل کنید. عملکرد مدولاتور باید در بخش خطی SMX رخ دهد. مقدار ولتاژ بایاس باید با وسط بخش خطی مطابقت داشته باشد و حداکثر مقدار سیگنال تعدیل کننده نباید فراتر از بخش خطی CMX باشد. شما همچنین می توانید حداکثر ضریب مدولاسیون را تعیین کنید که در آن هنوز هیچ اعوجاج وجود ندارد. ارزش آن است .

برنج. 8.9. ویژگی های مدولاتور دامنه

ب پاسخ مدولاسیون دینامیک

پاسخ مدولاسیون پویا (DMX)وابستگی ضریب مدولاسیون به دامنه سیگنال تعدیل کننده است، یعنی. . این مشخصه را می توان به صورت تجربی یا با توجه به مشخصه مدولاسیون استاتیک به دست آورد. نوع DMH در شکل نشان داده شده است. 8.9b. بخش خطی مشخصه مربوط به عملکرد مدولاتور در بخش خطی SMX است.

که در. پاسخ فرکانس

پاسخ فرکانسوابستگی ضریب مدولاسیون به فرکانس سیگنال تعدیل کننده است، یعنی. . تأثیر ترانسفورماتور ورودی منجر به فروپاشی مشخصه در فرکانس های پایین می شود (شکل 8.9، ج). با افزایش فرکانس سیگنال تعدیل کننده، اجزای جانبی نوسان مدوله شده با دامنه از فرکانس حامل دور می شوند. این به دلیل خواص انتخابی مدار نوسانی منجر به تقویت کمتر آنها می شود که باعث مسدود شدن مشخصه در فرکانس های بالاتر می شود. اگر پهنای باند اشغال شده توسط سیگنال تعدیل کننده در قسمت افقی پاسخ فرکانس باشد، اعوجاج مدولاسیون حداقل خواهد بود.

تعدیل کننده دامنه متعادل

برای استفاده موثر از توان فرستنده، مدولاسیون دامنه متعادل استفاده می شود. در این حالت، یک سیگنال مدوله شده با دامنه تشکیل می شود که در طیف آن هیچ جزء در فرکانس حامل وجود ندارد.

مدار مدولاتور متعادل (شکل 8.10) ترکیبی از دو مدار مدولاتور دامنه معمولی با اتصالات خاص برای ورودی و خروجی آنها است. ورودی‌های فرکانس حامل به صورت موازی و خروجی‌ها با وارونگی نسبت به یکدیگر وصل می‌شوند و باعث ایجاد اختلاف در ولتاژهای خروجی می‌شوند. سیگنال تعدیل کننده در آنتی فاز به مدولاتورها داده می شود. در نتیجه در خروجی های مدولاتور که داریم

و، و در خروجی مدولاتور متعادل

برنج. 8.10. مدار مدولاتور دامنه متعادل

بنابراین، طیف سیگنال خروجی شامل اجزایی با فرکانس و . هیچ جزء فرکانس حامل وجود ندارد.