Modulatory częstotliwości

)

t

(

x

k

)

t

(

f

o











)

t

(

x

k

F

)

t

(

x

2

k

F

)

t

(

F

'

f

o

f

o















FM

C

C

2

1

F

F

o

o











Bezpośrednia modulacja FM

Element przestrajający zwykle nie stanowi jedynej pojemności obwodu

x

1

x

C

C

C

C

C









x

2

2

x

x

C

C

C

C

C

C

C











3

x

2

x

2

x

2

x

2

x

2

2

x

x

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C























x

x

C

C

C

C 





napięcie przemienne na elemencie przestrajającym
może być istotnie zmniejszone

przykłady…

3

x

2

x

2

x

2

x

2

x

2

2

x

x

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C























pF

10

C

pF

2

C

pF

1

5

C

3

2

x









00714

,

0

10

5

2

5

2

5

2

5

2

5

2

2

5

1

C

C























dokładne obliczenie pojemności
wypadkowej dla skrajnych wartości Cx daje

00731

,

0

C

C





pF

416

,

11

C 

obliczenia uproszczone

obliczenia dokładne

Ile razy mniejsza jest pojemność wypadkowa C w porównaniu do C

x

,

tyle razy zmniejszają się

względne

zmiany tej pojemności

w stosunku do względnych zmian pojemności C

x

Obecnie w modulatorach FM prawie wyłącznie diody pojemnościowe





















p

o

U

U

1

C

C

Przykładowa

charakterystyka

diody

pojemnościowej

VHF

Logarytmiczna
skala
napięcia!

Ta sama charakterystyka przy liniowej skali
napięcia

??

…niestety, jest też elementem nieliniowym…

prowadzi to do…

Dioda pojemnościowa jest elementem parametrycznym…

Chwilowe przemienne napięcie na diodzie powoduje
modulację jej pojemności,
czyli pojemność diody zależy od napięcia (w.cz.)

rezonans

warunki na rysunku są przesadne,
ale nawet niewielka nieliniowość powoduje
generację harmonicznych w napięciu na obwodzie

Poprawa liniowości  uniezależnienie pojemności od

napięcia przemiennego na diodach,

ale pojemność diod musi zależeć od napięcia przestrajającego!

analogia do dwóch kondensatorów zmiennych przestrajanych przeciwnie

wypadkowa pojemność jest w dużej mierze stała

konieczność

10 pF 10 pF 5,0 pF

11 pF 9 pF 4,95 pF

12 pF 8 pF 4,80 pF

13 pF 7 pF 4,55 pF

2 diody BB105G

10 pF 10 pF

5,0 pF

10,8 pF

9,1 pF

4,93 pF

11,7 pF

8,8 pF

5,02 pF

16 pF 6,7 pF

4,72 pF

jest jeszcze lepiej

z powodu nieliniowej

charakterystyki przestrajania

Charakterystyka przestrajania obwodu rezonansowego z diodą pojemnościową





















p

o

U

U

1

C

C

2

p

o

U

U

1

LC

2

1

LC

2

1

f



























jeżeli   2 charakterystyka przestrajania mogłaby być liniowa…

ale są jeszcze inne pojemności w obwodzie

??

porównanie charakterystyki diody z krzywą kwadratową

Inne sposoby przestrajania obwodu rezonansowego

Symulacja zmiennej reaktancji w celu uzyskania FM

tranzystor lub lampa reaktancyjna

Schematy praktyczne

x(t)+U

gso

przykładowa charakterystyka tranzystora JFET

g

m

jest proporcjonalne do prądu drenu

transkonduktancja bardzo dobrze reguluje
się we wzmacniaczu różnicowym

x(t)+U

bo

Można symulować duże pojemności (zmienne!)

Modulator FM ze sprzężeniem zwrotnym

konieczna liniowość demodulatora!

linearyzacja charakterystyki przestrajania

modulator ze sprzężeniem zwrotnym dla składowej stałej

stabilność „zera” demodulatora decyduje o stabilności F

o

stabilizacja częstotliwości spoczynkowej

Pośrednia modulacja FM

Pozornie atrakcyjne rozwiązanie, bo można zastosować generator kwarcowy

do stabilizacji częstotliwości nośnej, ale…

czegoś takiego
nie da się zrobić!





























t

cos

t

cos

A

(t)

a

o

o

o

PM



























t

sin

m

t

cos

A

(t)

a

f

o

o

FM

































t

sin

f

F

t

cos

A

(t)

a

o

o

o

FM

f

F

o

o









!

rad

75

kHz

1

kHz

75

o

o













!

rad

2500

Hz

30

kHz

75

o

o













nie ma takich
modulatorów fazy !

Jeżeli chcielibyśmy uzyskać dewiację 75 kHz…

wymagane byłoby połączenie kaskadowe setek lub tysięcy modulatorów !

Modulator Armstronga PM/FM

to jest zmienne

uzyskuje się modulację PM z pasożytniczą
modulacją AM

)

t

(

x

arctan

A

A

)

t

(

x

arctan

o

o









dobra stabilność częstotliwości
spoczynkowej

t

cos

A

)

t

(

x

o

o







2

o

)

t

(

x

1

A

y





)

t

(

x

arctan





y



A

o

x(t)·A

o

y



zmiany amplitudy –
można dać ogranicznik…

~ liniowa dewiacja fazy < 45° -
niedużo

albo zastosować korekcyjną modulację amplitudy

Modulator fazy
(teoretyczny…)

RC

j

1

RC

j

1

U

U

)

j

(

T

1

2















warikapy

niestety

- znaczna nieliniowość

charakterystyki

w funkcji C lub R

)

RC

arctan(

2

)

U

,

U

(

1

2













nieliniowość charakterystyki

warikapów powoduje

pewną poprawę liniowości

w zależności

od napięcia przestrajającego

Modulacja fazy z pasożytniczą modulacją amplitudy - i to dość znaczną.

Jeżeli chcemy uzyskać zmiany fazy +/- 45 stopni, to amplituda spadnie o 3dB !

źródło prądowe

zasilanie stałą
częstotliwością nośną

Modulator fazy na obwodzie rezonansowym

Modulowane generatory RC

U

1

U

2

)

U

U

(

C

2

I

f

1

2







u

c

(t)

u

c

(t)

U

1

U

2

BEP

U

C

4

I

f





wrażliwość na zmiany temperatury

Multiwibrator o sprzężeniu emiterowym

BEP

U

C

4

I

f





Multiwibrator o sprzężeniu emiterowym

układ praktyczny

E

BEP

R

R

U

U

I





dodatkowy
wpływ temperatury

kompensacja temperaturowa?

Modulatory FSK

– łatwiejsze; przy ustalonej amplitudzie sygnałów cyfrowych
nie trzeba uwzględniać nieliniowości przestrajania generatora VCO

FSK z fazą
ciągłą

FSK z nieciągłą fazą

Ogólny sposób otrzymywania wielowartościowej modulacji PSK
(lub QAM)

PSK, QAM - faza zawsze nieciągła

przesuwnik fazowy 90