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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Modulatore di ampiezza ad alta linearità. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore Un modulatore di ampiezza avente una buona linearità può teoricamente operare ad una frequenza del segnale modulante uguale alla frequenza portante. Il transistor Q1 divide la tensione di ingresso modulante in due segnali bipolari antifase. Gli interruttori sui transistor Q2 e Q3 passano, rispettivamente, i semicicli positivi e negativi della portante rettangolare. I segnali modulati interrotti (punti C e D) vengono sommati utilizzando i resistori R5 e R6. Il modulatore di ampiezza, il cui circuito è mostrato in figura, ha una buona linearità e funziona quando la frequenza del segnale modulante varia da zero a metà della frequenza portante. La linearità del circuito viene mantenuta fino ad un fattore di modulazione del 97,5%. Il collegamento tra i singoli stadi avviene galvanicamente senza l'utilizzo di induttanze o grandi capacità.
Il transistor Q1 è un divisore di fase del segnale modulante, mentre il segnale all'emettitore di Q1 ha uno sfasamento e un'ampiezza leggermente inferiori al livello di ingresso. La componente continua del segnale modulante è di circa -5 V all'emettitore del transistor Q1 e +5 V al suo collettore, dove la fase del segnale è sfasata di 180° rispetto all'ingresso. Gli interruttori ad alta velocità sui transistor Q2 e Q3 si alternano tra saturati e spenti in risposta a un segnale portante di ingresso. Tale segnale, preferibilmente di forma rettangolare, viene inviato alle basi dei transistor Q2, Q3, rispettivamente, attraverso le resistenze R1, R2 ei diodi D1, D2. I diodi proteggono i transistor dall'aumento della tensione inversa base-emettitore che può verificarsi con un livello di portante elevato. I condensatori C1 e C2 servono a ridurre il tempo di commutazione dei transistor Q2, Q3. I collettori dei transistor Q2, Q3 sono collegati alle uscite del divisore di fase Q1 tramite resistori R3 e R4. Questi resistori vengono utilizzati per disaccoppiare i circuiti in banda base e in banda base. In ogni semiciclo positivo della portante, il segnale modulante al collettore del transistore Q1 viene commutato dal suo valore medio di 5 V a zero dal transistor Q2. Di conseguenza, sul collettore del transistor Q2 si forma un segnale modulante intermittente. Analogamente, il segnale modulante all'emettitore del transistore Q1 è interrotto dal transistore Q3, con il transistore Q3 che passa da off a saturazione durante ogni semiciclo negativo della portante.
I segnali modulanti discontinui positivi e negativi sono miscelati in un semplice circuito sommatore costituito dai resistori R5 e R6. Quando sommate, le componenti di frequenza del chopper presenti nei segnali discontinui in banda base si annullano a vicenda. Pertanto, nel caso di un equilibrio ideale, non ci sono componenti con una frequenza di modulazione nello spettro del segnale modulato in uscita e sono presenti solo componenti laterali della modulazione. Teoricamente, in questo caso, è possibile aumentare la frequenza del segnale modulante fino ad un limite superiore pari alla metà della frequenza portante senza applicare filtri complessi. L'inviluppo del segnale modulato è in questo caso in antifase rispetto al segnale modulante in ingresso. La tensione di uscita del circuito è un'onda quadra modulata in ampiezza, che a sua volta contiene le armoniche dispari della frequenza fondamentale. (Lo spettro del segnale di uscita può essere scritto come nwc±wm)m, dove wc è la frequenza portante, wm è la frequenza della banda base e n=1; 3; 5; ... .) Per ottenere una portante sinusoidale, l'uscita deve essere filtrata. Un filtro passa basso può essere utilizzato per estrarre la frequenza fondamentale della portante e le sue bande laterali, poiché lo spettro del segnale di uscita non contiene una componente con la frequenza di modulazione. Tuttavia, per isolare qualsiasi wc armonico, è necessario utilizzare un filtro passa-banda. Le proprietà di frequenza del modulatore dipendono principalmente dalla velocità dei transistor di commutazione. Per i transistor mostrati in figura, la frequenza superiore del segnale modulato in uscita è 1 MHz. Il modulatore stesso ha una risposta in frequenza piatta e rimane lineare fino a una frequenza modulante di 250 kHz, dopodiché la distorsione dell'inviluppo diventa evidente anche alla vista. Con una frequenza portante di 100 kHz e una frequenza di modulazione di 1 kHz, è possibile ottenere una modulazione lineare con una profondità fino al 95%. In modalità ad anello aperto, l'oscillazione massima dell'uscita modulata è di 7,4 V con un'oscillazione dell'ingresso di 14 V. L'oscillazione minima della portante all'ingresso del modulatore per produrre un'uscita a onda quadra è di 2,8 V. Eventuali effetti indesiderati. La forma del segnale modulante può essere arbitraria. È anche possibile utilizzare un segnale sinusoidale come portante, tuttavia ciò peggiora il processo di interruzione. La portante sinusoidale minima picco-picco è 4 V. Con una frequenza portante di 10 kHz e un'oscillazione del segnale modulante di 14 V, è possibile ottenere una modulazione lineare fino al 97,5%. Il livello minimo di azionamento della portante non cambia molto a frequenze portanti inferiori. Allo stesso tempo, le caratteristiche tecniche del modulatore si deteriorano leggermente alle frequenze più alte: la profondità massima della modulazione lineare diminuisce e diventa pari al 94% a 500 kHz e all'88% a una frequenza di 1 MHz. Alle frequenze più alte, anche il livello di uscita diminuisce. Per espandere la gamma di frequenza, è possibile utilizzare transistor a chiave più veloci e ridurre le impedenze degli stadi del circuito. È inoltre possibile prevenire una diminuzione del segnale di uscita alle alte frequenze aumentando le tensioni di alimentazione. La massima profondità di modulazione è teoricamente limitata dalla tensione di saturazione dei transistor chopper; questa tensione non ha un effetto così forte a tensioni di alimentazione elevate. L'utilizzo di coppie di resistori (R3-R4, R5-R6, R7-R8) selezionati con grande accuratezza garantisce l'uguaglianza dei valori istantanei positivi e negativi dei segnali modulanti in uscita. Autori: Santa Fe College (Gainesville, Florida); Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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