Часто для передачи сигнала используют гармоническое колебание высокой частоты - несущее колебание. Изменение одного или нескольких параметров несущего колебания по закону изменения передаваемого сигнала (т. е. в наделении несущего колебания признаками передаваемого сигнала) называется модуляцией.
Восстановление на приеме исходного сигнала из модулированного колебания называется детектированием (или демодуляцией).
Запишем несущий сигнал в виде
. (6.2)
Модуляцию можно осуществить изменением любого из трех параметров - амплитуды 
, частоты 
или фазы 
.
Изменение во времени амплитуды колебания пропорционально сигналу 
, т.е. 
(
—коэффициент пропорциональности), называется амплитудной модуляцией. Модулированное колебание обозначим 
.
Пусть передаваемый сигнал также является гармоническим колебанием (но с более низкой частотой 
) 
. Тогда модулированное колебание примет вид:
, (6.3)
где 
- глубина амплитудной модуляции. Обычно 
.
Производя в выражении (6.3) перемножение, получим:
(6.4)
Таким образом, спектр частот амплитудно-модулированного колебания (или АМ-колебания) состоит из частоты несущего колебания и двух боковых частот, симметричных относительно несущей (рис. 6.3 6). Амплитуды колебаний боковых частот одинаковые. Спектр сигнала до модуляции (несущего колебания) приведен на рис. 6.3 а.
Рис. 6.3. Спектр амплитудно-модулированного сигнала.
Если модулирующий сигнал сложный и спектр его ограничен частотами 
и 
(см. рис. 6.3 в), то спектр АМ - колебания будет состоять из несущего колебания и двух боковых полос, симметричных относительно несущей (см. рис. 6.3 г).
Анализ соотношения (6.4) показывает, что основная мощность АМ - сигнала заключена в колебании несущей частоты, которое не содержит полезной информации, а нижняя и верхняя боковые полосы несут одинаковую информацию и имеют более низкую мощность.
Существенный выигрыш по мощности обеспечивается при применении балансной и однополосной модуляций. При балансной модуляции передаются только боковые полосы частот, а при однополосной модуляции—только одна боковая полоса частот.
Для практического получения АМ-колебаний можно использовать преобразователи частоты, рассмотренные в предыдущем разделе. Подавление несущего колебания происходит в модуляторах, выполненных по балансной (рис. 6.2 б) и кольцевой (рис. 6.2 в) схемам. Выделение двух боковых полос в случае балансной модуляции и одной боковой полосы при однополосной модуляции производится фильтрами, включаемыми на выходах модуляторов.
Рассмотрим процесс детектирования АМ - сигналов. Операция детектирования прямо противоположна модуляции. Детектор АМ - сигнала должен из принятого модулированного колебания выделить исходный низкочастотный сигнал.
Используем для целей детектирования однокаскадный транзисторный усилитель с нагрузкой в виде параллельной RC -цепи (рис. 6.4 а). В зависимости от режима работы он может являться квадратичным детектором (работа при малых амплитудах на участке вольт-амперной характеристики, описываемой полиномом второй степени) или линейным детектором (режим больших амплитуд с кусочно-линейной аппроксимацией).
Рис. 6.4. Детекторы амплитудно-модулированного сигнала.
При квадратичном детектировании вольт-амперная характеристика транзистора описывается полиномом второй степени. На вход нелинейного элемента (транзистора) подается постоянное напряжение смещения 
и АМ - колебание 
, т.е. 
Воспользовавшись формой записи АМ - колебания (6.4) получаем, что на нелинейный элемент с квадратичной ВАХ воздействует сумма трех синусоидальных колебаний. Анализ спектрального состава тока в цепи с нелинейным элементом, проведенный выше, показывает, что в спектре тока будут в данном случае присутствовать составляющие с комбинационными частотами
.
Низкочастотные спектральные составляющие определяются наборами чисел 
и 
. Другие комбинации чисел р, q и s определяют высокочастотные составляющие.
Величины низкочастотных составляющих тока можно найти путем несложных преобразований:
. (6.5)
Чтобы подавить высокочастотные составляющие тока и выделить низкочастотные в схеме рис. 6.4 а должны выполняться условия 
и 
, где 
- сопротивление нагрузки. Таким образом, для сигнала с частотой нагрузка коллектора практически активна и равна R. Для сигнала несущей частоты модуль сопротивления нагрузки, а значит, и коэффициент передачи усилителя на несущей частоте пренебрежимо малы. В результате падение напряжения на резисторе R представляет собой результат детектирования AM-колебания. Наличие в (6.5) слагаемого, пропорционального 
, свидетельствует о том, что квадратичное детектирование сопровождается искажениями передаваемого сигнала. Коэффициент нелинейных искажений при этом 
.
При линейном детектировании последовательность импульсов коллекторного тока 
оказывается промодулированной по амплитуде. Амплитуды спектральных составляющих определяются через коэффициенты Берга. Если на вход нелинейного элемента поступает немодулированное колебание 
, то в спектре тока будет постоянная составляющая 
с амплитудой, пропорциональной амплитуде входного напряжения 
, и высокочастотные гармоники частоты . Высокочастотные составляющие отфильтровываются RC -цепью; падение напряжения на резисторе R создает только постоянная составляющая тока.
В модулированном колебании амплитуда медленно меняется по закону 
, следовательно, амплитуда выделяемой на резисторе R постоянной составляющей тока также будет медленно меняться во времени:
.
Напряжение смещения 
обычно выбирают равным напряжению отсечки, так что угол отсечки 
и амплитуда тока 
не зависит от амплитуды входного сигнала. Выходное напряжение схемы рис. 6.7 а пропорционально исходному (модулирующему) сигналу. При линейном детектировании отсутствуют искажения передаваемого сигнала.
Наряду с транзисторной схемой (см. рис. 6.4 а) для детектирования АМ- сигнала широко применяется диодная схема (см. рис. 6.4 б), работающая либо в квадратичном, либо в линейном режиме. Принцип работы этой схемы не отличается от работы транзисторной схемы.
Детектирование сигналов с балансной и однополосной модуляцией выполняется с помощью балансной и кольцевой схем. При этом несущее колебание, подаваемое на балансную и кольцевую схемы, должно быть восстановлено в приемнике.
Занятие 5
Усилители
Классификация усилителей
По виду усиливаемого сигнала усилители делятся на усилители непрерывных и импульсных сигналов.
По типу усиливаемого параметра их делят на усилители напряжения, тока или мощности.
По диапазону усиливаемых частот различают усилители постоянного и переменного тока. Последние, в свою очередь, можно разделить на следующие группы:
усилители низких частот (УНЧ) – с диапазоном от единиц герц до сотен килогерц;
усилители высоких частот (УВЧ) – с диапазоном от сотен килогерц до сотен мегагерц;
широкополосные усилители – устройства с диапазоном от десятков герц до сотен мегагерц;
избирательные (резонансные) усилители, обеспечивающие усиление в очень узком диапазоне частот.
По виду соединения каскадов усилителя различают усилители с непосредственной связью, усилители с емкостной связью, усилители с индуктивной связью.
По виду нагрузки различают усилители с активной, индуктивной и емкостной нагрузкой.
Для получения высоких коэффициентов усиления и согласования источника сигнала и оконечной нагрузки необходимо каскадное включение нескольких усилителей: предварительного (входного) усилителя, промежуточного усилителя и выходного усилителя (усилителя мощности).
Предварительный усилитель непосредственно подключен к источнику сигнала. Основное требование к предварительному усилителю – обеспечение максимального усиления входного сигнала при минимальных его искажениях. Для этого он должен обладать большим входным сопротивлением 
и малым уровнем собственных шумов.
Промежуточный усилитель выполняет роль буферного каскада между предварительным и выходным усилителями. Основная его задача – согласование выхода предварительного усилителя со входом усилителя мощности.
Выходной усилитель предназначен для получения на нагрузке требуемой мощности. Поэтому в отличие от предварительного и промежуточного усилителей, выходная мощность которых сравнительно невелика, основным параметром выходных усилителей является КПД.
Также различают одно- и двухтактные усилители. При больших значениях мощности нагрузки последние получили наибольшее распространение.
