Проектирование модуляторов при ЧМ

Формирование ЧМ колебаний в передатчиках осуществляется в настоящее время чаще прямым методом. В качестве управляющих элементов широко используют варикапы (полупроводниковые диоды, барьерная емкость закрытого р–n перехода которых зависит от приложенного напряжения) и вариконды (конденсаторы с сегнето–электриком). Вопросы построения таких модуляторов рассматриваются в [5, 20].

Варикапы способны под действием напряжения сигнала изменять свою емкость. Зависимость емкости варикапа от модулирующего напряжения определяется выражением [5]

,

где – емкость варикапа в режиме молчания; – нормированное мгновенное напряжение на варикапе; – постоянное напряжение на варикапе; – контактная разность потенциалов.

В последнем выражении учтено, что контактная разность потенциалов запирает переход. Внешнее запирающее напряжение увеличивает разность потенциалов на переходе и уменьшает его емкость. Поэтому направление отсчета для напряжения выбирается таким, что для закрытого перехода оно положительно.

Для кремниевого перехода =0,7 В. Для "резких" переходов показатель степени =0,5, а для "сверхрезких" =1–2.

Основные параметры варикапов – максимальная и минимальная емкости и , максимальное обратное напряжение и добротность . Параметры некоторых варикапов приведены в табл. 6.5, а также имеются в [5].

Таблица 6.5

Параметры варикапов

Тип варикапа	- , пФ		Евн, В	f, МГц	Собр mах, В
КВ 102 А	14…23
КВ 104 Е	95…143
KB 106 Д	15…35
KB 109 Г	8…17
KB 110 А	12…18

Варикапы являются элементами колебательной системы автогенератора. Они вносят определенный вклад в температурную нестабильность частоты автогенератора и паразитную амплитудную модуляцию. Эти свойства варикапов характеризуются ТКЕ и добротностью . ТКЕ варикапов положителен и имеет величину порядка 10^–4–10^–6 K^–1. Добротность варикапа зависит от величины напряжения на нем и уменьшается с ростом частоты. В справочниках указывают значения и сведения об абсолютном значении напряжения Е_в на варикапе и частоте f_в, при которых он имеет данную добротность. На рабочей частоте f добротность .

Применение варикапов позволяет осуществить ЧМ с допустимым уровнем искажений сигналов при максимальной относительной девиации частоты порядка .

Напряжение на варикапе является суммой напряжения смещения, модулирующего и высокочастотного

.

На практике существуют различные варианты соединения варикапа с контуром автогенератора. На рисунке 6.23 приведена схема частотно-модулированного автогенератора, применяемая в диапазонных генераторах.

Рисунок 6.23

В данном примере автогенератор выполнен по схеме емкостной трехточки. Транзистор включен по схеме с общей базой. Положительная обратная связь создается емкостным делителем C_l, C₂. Напряжение на вход буферного каскада или умножителя снимается с R_l. Резонансная частота контура автогенератора определяется в основном L₁ и С_к. Управляющий варикап подключен параллельно емкости делителя с помощью конденсатора связи С₄.

Эквивалентная схема колебательного контура приведена ниже на рисунке 6.24.

Рисунок 6.24

Элементы С_эб, С_кб и С_кэ отражают межэлектродные емкости транзистора VT1.

Коэффициент управления емкостью контура

,

где – коэффициент включения варикапа; – коэффициент схемы.

Емкость делителя с подключенным варикапом

.

Емкость контура в режиме молчания (несущей)

,

где С₀ – паразитная емкость контура.

Для ослабления влияния на частоту автогенератора емкость делителя без варикапа выбирается много больше емкости контура, т. e. . Поэтому и схема рекомендуется при .

Другой вариант включения варикапа приведен на рисунке 6.25. Такая схема часто применяется в ЧМ передатчиках звукового сопровождения телевизионных программ.

Рисунок 6.25

Варикап в данной схеме включен параллельно емкости контура. Емкость контура в режиме молчания

.

Величины C₀ и C_D определяются аналогично схеме, приведенной на рисунке 6.23. Емкость . Коэффициент при близок к единице.

В данной схеме можно получить существенно большую связь варикапа с контуром и большее значение относительной девиации . Эти преимущества легче реализуются при использовании варикапов с высоким значением напряжения .

Эквивалентная схема контура с прямым включением варикапа приведена на рисунке 6.26.

Рисунок 6.26