Modulacja amplitudy cz.2

Realizacja modulacji amplitudy
Częstotliwości niosących informację wstęg bocznych przebiegu zmodulowanego wynikają z iloczynu dwóch przebiegów kosinusoidalnych o częstotliwościach f_m i f_N. Iloczyn taki może być np. uzyskany przez zsumowanie sygnału modulującego i przebiegu nośnego na elemencie o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej (np. kwadratowej). Przyjmując, że charakterystyka diody lub charakterystyka przejściowa tranzystora w zakresie przewodzenia może być aproksymowana wzorem

gdzie a₁ i a₂ są współczynnikami wielomianu aproksymacyjnego, oraz stawiając

otrzymuje się przebieg prądu o charakterystyce widmowej zawierającej składową stałą oraz prążki o częstotliwościach f_m, 2f_m, f_N-f_m, f_N, f_N+f_m oraz 2f_N. W widmie tym znajdują się więc również częstotliwości f_N, f_N-f_m oraz f_N+f_m, które po odfiltrowaniu w filtrze pasmowym stanowią widmo przebiegu zmodulowanego amplitudowo o współczynniku głębokości modulacji m = 2a₁a₂U_m. Przykład układu modulacji amplitudy, nazywanego modulatorem kwadratowym, przedstawiono na schemacie poniżej.

Efekt modulacji uzyskuje się na nieliniowej charakterystyce przejściowej tranzystora I_C(U_BE), pracującego w układzie wzmacniacza w klasie A. Zadaniem obwodu rezonansowego jest wyodrębnienie z widma sygnału wyjściowego prążków o częstotliwościach f_N, f_N-f_m oraz f_N+f_m. Obwód ten powinien więc być nastrojony na częstotliwość f_N; jego pasmo przenoszenia nie może być mniejsze niż 2f_m. W takim modulatorze nie jest jednak możliwe uzyskanie dużych wartości współczynnika głębokości modulacji bez znacznych zniekształceń przebiegu zmodulowanego. Układ nie wnosi bowiem zniekształceń tylko dla sygnałów o amplitudach, przy których charakterystyka przejściowa tranzystora może być wystarczająco dokładnie aproksymowana funkcją kwadratową. W przeciwnym przypadku w widmie przebiegu zmodulowanego pojawią się trudne do odfiltrowania prążki o częstotliwościach bliskich f_N (np. f_N-2f_m, f_N+2f_m).

Lepsze właściwości ma modulator pracujący w układzie wzmacniacza przeciwsobnego, nazywany modulatorem zrównoważonym.

Przy identycznych charakterystykach przejściowych tranzystorów w układzie następuje kompensacja niepożądanych produktów modulacji i w rezultacie na wyjściu otrzymuje się przebieg o widmie zawierającym tylko prążki o częstotliwościach f_N, f_N-f_m, f_N+f_m. W układzie tym, przez zamianę miejsc doprowadzenia sygnału modulującego i przebiegu nośnego, otrzymuje się sygnał zmodulowany amplitudowo ze stłumionym przebiegiem nośnym. Jest to bardzo korzystne ze względów energetycznych, gdyż przebieg nośny nie przenosi informacji, a przypada na niego większa część mocy przebiegu zmodulowanego. Przez stłumienie przebiegu nośnego uzyskuje się więc większą sprawność energetyczną modulacji. Jednak wówczas przebieg nośny, niezbędny do przeprowadzenia demodulacji, musi być odtworzony w urządzeniu odbiorczym.

Inny przykład modulatora zrównoważonego ze stłumionym przebiegiem nośnym, nazywanego modulatorem pierścieniowym, przedstawiono na schemacie poniżej.

Modulacja amplitudy w układzie mnożącym
Przebieg zmodulowany amplitudowo uzyskuje się przez mnożenie analogowe sygnału modulującego i przebiegu nośnego. Funkcję mnożenia analogowego może spełniać wzmacniacz różnicowy ze sterowanym napięciowo źródłem prądowym w obwodzie emitera.

Ponieważ wzmocnienie wzmacniacza różnicowego zależy liniowo od prądu emitera, na wyjściu uzyskuje się sygnał nośny o wartości zależnej od sygnału modulującego, czyli zmodulowany amplitudowo. Obwód rezonansowy stanowiący obciążenie tranzystora T₂ umożliwia uzyskanie w widmie napięcia wyjściowego tylko prążków o częstotliwościach f_N, f_N-f_m oraz f_N+f_m. Tłumiona jest natomiast występująca również w wyniku mnożenia składowa o częstotliwości f_m. Opierając się na idei bezpośredniego mnożenia analogowego realizuje się również modulatory zrównoważone, wytwarzające przebieg zmodulowany ze stłumioną falą nośną (tylko prążki boczne). Nie wymagają one żadnych elementów reaktancyjnych i w związku z tym są dogodne do realizacji w postaci układów scalonych. Są to na ogół układy wielofunkcyjne, które mogą być stosowane jako układy modulatorów amplitudy, a także pełnić funkcję demodulatorów amplitudy lub częstotliwości.