Частотный и фазовый модуляторы

Наибольшее применение имеет ЧМ на основе варикапа - полупроводникового диода с обратно смещенным р-n-переходом. Закон изменения емкости р-n-перехода, называемой барьерной, или зарядной, от величины обратного напряжения U имеет вид:

, (17)

где С_нач - начальная емкость; j₀ =0,5…0,7 В (для кремния) - контактная разность потенциалов. График зависимости (17) приведен на рис. 5.

Рис. 5 – График зависимости изменения барьерной емкости варикапа от величины обратного напряжения

Схема ЧМ с варикапом в контуре автогенератора, приведена на рис. 6, а). Схема ФМ с тремя контурами ВЧ усилителя и тремя варикапами, что позволяет увеличить девиацию фазы, изображена на рис. 6, б).

Рис. 6 – Схемы частотного (а) и фазового(б) модуляторов

При небольшой амплитуде модулирующего напряжения DU относительное изменение частоты под действием варикапа составит:

, (18)

где k_св - коэффициент связи варикапа с контуром; С₀ - емкость варикапа при U=U₀; C_к - емкость контура.

Стабилизация частоты несущей при частотной модуляции

Поскольку при прямом методе ЧМ к контуру автогенератора подключается частотный модулятор, то это приводит к снижению стабильности частоты автоколебаний. Для нейтрализации этого явления используют три способа:

– модуляцию осуществляют в кварцевом автогенераторе;

– применяют косвенный метод модуляции, т.е. преобразование ФМ в ЧМ согласно схеме на приведенной на рис. 4, в;

– стабилизируют частоту автогенератора, к которому подключен частотный модулятор, с помощью системы АПЧ.

Два первых способа обеспечивают получение сравнительно малой девиации частоты, и поэтому они применяются в основном при узкополосной ЧМ, когда девиация частоты не превышает нескольких килогерц.

Пример схемы кварцевого автогенератора с частотным модулятором на варикапе приведен на рис. 7. В ней Df_дев=2…3 кГц при частоте несущей 10…20 МГц.

Рис. 7 – Схемы кварцевого автогенератора с частотным модулятором на варикапе

Третий метод позволяет обеспечить малую нестабильность частоты, требуемое, в том числе большое, значение девиации частоты. Структурная схема устройства автоматической подстройки частоты автогенератора с подключенным к нему частотным модулятором приведена на рис. 8. В схеме на рис. 8 частотный модулятор подключен к стабилизируемому автогенератору (как на рис. 6, а). Следует установить такое быстродействие системы авторегулирования, чтобы она реагировала на относительно медленные изменения частоты автогенератора под действием дестабилизирующих факторов (например, изменения температуры) и не откликалась бы на относительно быстрые изменения частоты под действием модулирующего сигнала.

Рис. 8 – Структурная схема АПЧ автогенератора с подключенным к нему частотным модулятором

Для реализации данного условия АЧХ замкнутого кольца АПЧ должна иметь вид согласно рис. 9, на котором W₁ - W₂ спектр частот модулирующего сигнала.

Рис. 9 – АЧХ замкнутого кольца АПЧ

Частотная и фазовая манипуляция дискретных сообщений