NOVÁ METÓDA SUPERMODULÁCIE

(Podľa magazínu Amaterske Radio)

„Čo ešte nebolo povedané o amplitúdovej modulácii? Všetko sa zdá byť možné možnosti AM boli študované a opísané: ako anóda, tak aj rôzne mriežky a supermodulácia... Čo teda ešte napísať o amplitúdovej modulácii?

Týmito slovami sa začína článok Jana Šimu (OKUX), majstra rádiošportu, uverejnený v Amaterskom rozhlase, číslo 8, 1960. Článok má názov: "Modulácia sériovou, uzamykateľnou lampou." Jednoduchá, ekonomická a zároveň efektívnejšia ako iné schémy modulácie obrazovky, táto schéma sa používa od mája 1960 na rádiovej stanici UA3CH. Za krátkodobý vyšlo najavo nepopierateľná výhoda ju pred schémou, ktorú opísal súdruh Shadsky - UA3BW ("Rádio" č. 2 pre rok 1959). V modulátore nie je modulačný transformátor, nie je potrebné zosilňovať basový výkon.

Nižšie je uvedený skrátený preklad článku. Menšie zmeny boli vykonané v obvode modulátora z dôvodu použitia lámp domácej výroby.

V článku sa píše: - Moduláciu na mriežke obrazovky je možné vykonať rôznymi spôsobmi. V poslednej dobe sa modulácia obrazovky používa na získanie takzvanej "supermodulácie", ktorá umožňuje pomocou modulačných "vrcholov" prekročiť telegrafný výkon, čo sa donedávna považovalo za možné iba s moduláciou anóda s obrazovkou. Navrhovaná metóda modulácie umožňuje meniť jej režim v širokom rozsahu od „symetrického“ po režim s nastaviteľnou nosnou úrovňou (známy ako CLC – kontrolovaná úroveň nosnej), v ktorom je počas prestávok vyžarovanie nosnej frekvencie niekoľkonásobne menšie ako úroveň nosnej frekvencie. konvenčných „tradičných“ AM schém. Úroveň nosnej sa mení v čase s moduláciou, ako aj fyzikálny proces pri opísanom spôsobe modulácie, keď je zdrojom modulačného napätia sieťový zdroj energie obrazovky, a množstvo ďalších vlastností obvodu vytvára podmienky na získanie hlbokých, takmer 100% modulácia bez nebezpečenstva nadmernej modulácie. Toto sa potvrdilo pri prevádzke toho istého vysielača s anódovou clonou aj supermoduláciou. Známa metóda modulácie obrazovky s paralelne zapojenou modulačnou lampou (obr. 1, a) nemôže poskytnúť žiadne zosilnenie, pretože na odpore R (alebo LF tlmivke),

čo je záťaž modulačnej lampy L2, klesne aj časť napätia napájajúceho jej mriežku. Zvýšenie hĺbky modulácie nad 70% s takouto schémou je takmer nemožné bez skreslenia. Otvára sa použitie sekvenčného zapínania modulačnej lampy (obr. 1.6).

úplne nové možnosti, ktoré boli predtým podceňované. Jednou z nich je možnosť plného využitia dynamických charakteristík svietidla pri takomto začlenení a je základom princípu opísanej metódy. Na diagrame (obr. 2)

je vidieť, že zvukové napätie zo zosilňovača mikrofónu je privedené na mriežku lampy L r, ktorej pracovný bod sa nastavuje potenciometrom R. Hodnota Ri určuje maximálny anódový prúd lampy Li, keď je otvorené. Lg lampa funguje ako sledovač katódy. Pracovný bod svietidla Lg závisí od údajov deliča Rs Ri- Hodnota Rs musí byť úmerná alebo väčšia ako /? -, zablokované svietidlo Lg. Od správna voľba odpor Rs závisí od optimálnej hodnoty modulačného napätia na mriežke obrazovky modulovanej lampy

py. Blokovacie napätie -100 V, na ktoré sú pripojené katódy Lg a Lg, je možné odoberať zo sieťového usmerňovača predpätia vysielača. Lampa L v neprítomnosti U3B na jej mriežke je otvorená, lampa L2 je zatvorená a napätie na mriežke obrazovky lampy koncového stupňa (RA) je blízke nule. Ak je na mriežke lampy Lg napätie, začne sa zatvárať, prúd cez Lg sa zvyšuje a napätie na mriežke obrazovky lampy RA sa zvyšuje a čím rýchlejšie, tým väčší je anódový prúd lampy Lg a znížiť vnútorný odpor časti anódovej mriežky. Prítomnosť prúdového spojenia medzi lampami Lg a Lg, vysoký vstupný odpor katódového sledovača dáva najlepšia kvalita modulácie ako pri iných metódach supermodulácie na mriežke obrazovky. schému zapojenia modulátor a zosilňovač mikrofónu je znázornený na obr. 3. Na obr. 4 je znázornená schéma variantu modulátora pre vysielače, ktorého koncový stupeň má lampu s mriežkovými prúdmi obrazovky presahujúcimi 30-40 mA pri 1 cg nad -350 V. Zriadenie vysielača pre prevádzku v telefónnom režime s modulátorom podľa schémy na obr. 3 je ľahké. Po nastavení vysielača na najvyšší návrat k anténe v telegrafnom režime sa mriežka obrazovky pripojí prepínačom Pg na katódu lampy L. (poloha CLC). Zmenou Ru (alebo zmenou hodnoty blokovacieho napätia) sa v pauzách nastavuje nosná úroveň. Na prácu v tzv symetrický režim» R, nastavte do takej polohy, aby bol anódový prúd lampy

RA tvoril „telegrafný“ prúd

(pri modulácii by 1a mala dosiahnuť telegrafnú hodnotu, ak efektívna hodnota modulačné napätie na mriežke obrazovky zodpovedá Uc2 CW).

Aby sa dosiahol efekt supermodulácie, hodnota „tichého“ prúdu 1 1

znížiť na - a dokonca na -3 - prúd 4 o

v telegrafnom režime. Ak zmena hodnoty R„ neposkytuje uvedené zmeny v režime RA bez modulácie, mali by ste mierne znížiť hodnotu odporov alebo /?, alebo /? 20, môžete mierne zvýšiť záporné napätie od -100 do -150 V. Stupeň útlmu nosnej vlny v pauzách závisí aj od pomeru U& k Un PA lampy. O to viac to súvisí

Modulátor CLC v režime TLG, záporné napätie sa aplikuje na mriežku ľavej polovice lampy L2 a blokuje lampu. V tomto prípade veľké kladné napätie z rezistora R1 otvára pravú polovicu L2, čo zaisťuje privádzanie kladného napätia do mriežky L1 obrazovky. V prípade prevádzky v režime TLF nízkofrekvenčný signál prichádzajúci do mriežky ľavej polovice lampy L2 spôsobí zmenu jej anódového prúdu.

V dôsledku toho sa mení anódový prúd pravej polovice lampy L2 a napätie obrazovky lampy L1, čo vedie k výskytu modulovaného signálu na výstupe vysielača Modulátor CLC prakticky nevyžaduje nastavenie. Potenciometrom R3 je potrebné iba v tichosti nastaviť anódový prúd svietidla L1 v režime TLF rovný 20-25% hodnoty anódového prúdu v režime TLT. Ak to nie je možné dosiahnuť, zvýšte predpätie alebo znížte budiace napätie lampy L1. Modulátor CLC sa už dlho používa v rádiu. Vo všetkých prípadoch bola kvalita modulácie korešpondentmi hodnotená pozitívne.

Amplitúdová modulácia (AM)- najbežnejší typ modulácie. V AM systéme sa amplitúda nosnej vlny mení podľa zmeny signálu alebo informácie (obrázok 14.1). Pri absencii signálu je amplitúda nosiča na konštantnej úrovni, ako je znázornené na obr. 14.1(b). Pri modulácii sínusovým signálom sa amplitúda nosnej vlny zvyšuje alebo znižuje vzhľadom na jej nemodulovanú úroveň sínusovým spôsobom v súlade so stúpaním alebo poklesom modulačného signálu. Čím väčšia je amplitúda modulačného signálu, tým viac sa mení amplitúda nosnej vlny. Amplitúdovo modulovaná nosná vlna (obr. 14.1 (c)) má obálku, ktorá presne opakuje tvar modulačného signálu a pri demodulácii práve táto obálka vyniká ako užitočný signál.

Hĺbka modulácie

Pomer amplitúdy modulačného signálu k amplitúde nosnej vlny sa nazýva hĺbka alebo modulačný faktor. Určuje mieru zmeny nosnej úrovne počas modulácie. Hĺbka modulácie je vždy vyjadrená v percentách a preto sa označuje ako „percentuálna“ modulácia.
Amplitúda signálu
Hĺbka modulácie = ----------- 100 %
Amplitúda nosiča

(pozri obr. 14.1). Napríklad, ak je amplitúda signálu 1 V a amplitúda nosnej vlny je 2 V, potom je hĺbka modulácie (1 V)/(2 V) 100 % = 50 %. Toto je hĺbka modulácie nosiča AM znázorneného na obr. 14.1.

Ryža. 14.1. Amplitúdová modulácia (hĺbka modulácie 50%);
a) signál; b) dopravca; c) modulovaný nosič.

Premodulácia

Na obr. 14.2(a) ukazuje AM nosnú so 100% hĺbkou modulácie. Hĺbka modulácie presahujúca 100 % vedie k skresleniu (obr. 14.2(b)). Z tohto dôvodu je hĺbka modulácie obmedzená. Napríklad pri vysielaní z rozhlasovej stanice BBC je to obmedzené na 80 %.

Ryža. 14.2. a) 100 % modulácia; b) nadmerná modulácia.

Bočné frekvencie

Dá sa ukázať, že amplitúdovo modulovaná nosná vlna pozostáva z troch harmonických (sínusových) zložiek s konštantnými amplitúdami a rôznymi frekvenciami. Tri komponenty sú samotný nosič a dve postranné pásma f1 a f2. Každý modulačný harmonický signál generuje dve postranné pásma. Nech fs je frekvencia základného pásma a fc nosná frekvencia

f1 = fc – fs, f2 = fc + fs,

kde f1 a f2 sú takzvané frekvencie spodnej strany a hornej strany. Napríklad, ak je nosná frekvencia 100 kHz a frekvencia signálu je 1 kHz, potom

Spodná frekvencia f1 = 100 - 1 = 99 kHz,
Frekvencia hornej strany f2 = 100 + 1 = 101 kHz.
Nosná frekvencia modulovaná amplitúdou, t. j. nosná vlna spolu s dvoma postrannými pásmami, môže byť znázornená ako tri zvislé šípky, z ktorých každá zodpovedá jednému harmonickému signálu (obrázok 14.3). To, čo je znázornené na tomto obrázku, sa nazýva frekvenčné spektrum signálu (v tomto prípade frekvenčné spektrum AM nosiča).

Ryža. 14.3. frekvenčné spektrum AM dopravca. Ryža. 14.4. Bočné pruhy.

Bočné pruhy

Informačné signály majú takmer vždy zložitý tvar a pozostávajú z Vysoké číslo harmonické signály. Keďže každý harmonický signál generuje pár postranných pásiem, komplexný neharmonický signál vygeneruje viacero postranných pásiem, čo vedie k dvom frekvenčným pásmam na každej strane nosnej vlny (obrázok 14.4). Ide o takzvané postranné pásy. Frekvenčná oblasť medzi najvyšším horným postranným pásmom f2 a najnižším horným postranným pásmom f4 sa nazýva horné postranné pásmo (UBS). Podobne frekvenčná oblasť medzi najväčším spodným postranným pásmom f3 a najmenším spodným postranným pásmom f1 sa označuje ako spodné postranné pásmo (LSB).
Dva postranné pásy sú symetrické okolo nosiča a každý obsahuje rovnaké informácie. Dopravca nenesie žiadne informácie. Všetky informácie sú prenášané vedľajšími frekvenciami.
Pri modulácii jedným harmonickým signálom sa predpokladá, že horné a dolné postranné pásmo siaha od nosnej k hornému a dolnému postrannému pásmu (obr. 14.5).

Príklad 1

Nosná s frekvenciou 100 kHz je modulovaná amplitúdou signálom zaberajúcim frekvenčné pásmo 400-3400 Hz. Určite šírku bočných pruhov.

Riešenie

Frekvencia 3400 Hz, najvyššia v spektre signálu, generuje dve vedľajšie frekvencie (obr. 14.6):
f1 = 100 000 - 3400 = 96 600 Hz,
f2 = 100 000 + 3 400 = 103 400 Hz.

Ryža. 14.6.

Frekvencia 400 Hz, najnižšia v spektre signálu, vedie k ďalším dvom bočným frekvenciám:

f3 = 100 000 – 400 == 99 600 Hz,
f4 = 100 000 + 400 = 100 400 Hz.

Šírka horného postranného pásma (FSB): f2 - f4 = 103400 - 100400 = 3000 Hz.
Šírka spodného postranného pásma (LSB): f3 - f1 = 99600 - 96600 = 3000 Hz.

Inými slovami, obe bočné pásma majú rovnakú šírku, ktorá sa rovná rozdielu medzi hodnotami najvyššej a najnižšia frekvencia v spektre modulačného signálu: 3400 - 400 = 3000 Hz.
Postranné pásma pre akúkoľvek inú frekvenciu v spektre signálu budú v hornom a dolnom postrannom pásme.

Šírka pásma

Keďže informácie sú prenášané iba vedľajšími frekvenciami, pre kvalitný prenos týchto informácií musí byť šírka pásma, ktorú zaberá AM systém vo vzduchu, dostatočne veľká, aby pojala všetky dostupné vedľajšie frekvencie. Pri modulácii harmonickým signálom existujú dve vedľajšie frekvencie. Šírka pásma teda siaha od spodného postranného pásma f1 k hornému postrannému pásmu f2 (ako je znázornené na obrázku 14.5).
Napríklad, ak má modulačný harmonický signál frekvenciu 1 kHz, potom PFS = NFS = 1 kHz a šírka pásma bude
NBP + VBP = 2 1 kHz = 2 kHz.

Inými slovami, v tomto prípade je šírka pásma obsadená amplitúdovo modulovanou nosnou frekvenciou rovná dvojnásobku frekvencie modulačného signálu.
V prípade prevodu komplexný signálšírka pásma obsadená systémom prenosu informácií AM sa rovná dvojnásobku najvyššej frekvencie v spektre základného pásma a teda zahŕňa všetky vedľajšie frekvencie.

Jednosmerný a obojsmerný prenos

Pretože jedno postranné pásmo obsahuje toľko informácií ako druhé, prenos sa môže uskutočniť iba pomocou jedného postranného pásma a nedôjde k strate informácií. Pri prenose v jednom postrannom pásme (SSB - v komunikačnej terminológii) je jedno z postranných pásiem - buď spodné alebo horné - potlačené a prenáša sa iba jedno zostávajúce postranné pásmo. Pri prenose s dvoma postrannými pásmami (DSB) sa prenášajú obe postranné pásma.
Jednostranný prenos zaberá iba polovicu frekvenčného pásma využívaného obojsmerným prenosom a z tohto dôvodu sa používa v telefónii a rádiovej komunikácii. Pri prenose v jednom postrannom pásme dvakrát toľko informačné kanály ako pri obojsmernom prenose. Vďaka svojej jednoduchosti je obojsmerný prenos používaný všetkými AM vysielacími systémami. Preto, keď sa hovorí o AM komunikácii, zvyčajne sa označuje ako obojsmerný prenos, pokiaľ nie je uvedené inak.

Príklad 2

Nosná vlna je amplitúdovo modulovaná periodickým signálom vo forme meandru s frekvenciou 100 Hz. Zanedbajte harmonické nad 5., nastavte požadovanú šírku pásma pre a) prenos DSB (dvojité postranné pásmo) ab) prenos SSB (jedno postranné pásmo).

Riešenie

Štvorcový signál s frekvenciou 100 Hz obsahuje nasledujúce harmonické:

základná harmonická = 100 Hz,
harmonická 3. rádu = 3 100 = 300 Hz,
Harmonické 5. rádu = 5 100 = 500 Hz.

Harmonické zložky vyššieho rádu sú zanedbané. Teda v orezanom spektre modulačného signálu maximálna frekvencia fmax = 500 Hz.
Šírka pásma pre DSB prenos = 2 fmax = 2500 = 1000 Hz.
Šírka pásma pre SSB prenos = DSB/2 = 1000/2 = 500 Hz.

Toto video hovorí o amplitúdovej modulácii:

Amplitúdová modulácia má mnoho nevýhod. Zlá energia, náchylnosť na rádiové rušenie, príjem AM signálov je takmer vždy sprevádzaný syčaním, ... preto vo väčšine rádiokomunikačných systémov AM už dávno nahradila jednostranná a frekvenčná modulácia. AM má však dve výhody, vďaka ktorým sa aj napriek neúspešným pokusom o digitalizáciu stále používa v zahraničnom vysielaní KSDV. Po prvé, na príjem AM signálu je potrebný veľmi jednoduchý a lacný prijímač. V rádiokomunikačných systémoch sa počet rádiových prijímačov spravidla rovná počtu rádiových vysielačov a zložitosť budovania napríklad jednopásmového prijímača na pozadí jednopásmového vysielača dostupného v rovnaký dizajn rozhlasovej stanice, nehrá rolu. Naproti tomu vo vysielaní, kde je miliónkrát viac prijímačov ako vysielačov, jednoduchosť prijímača (a jeho cena) úplne určuje ekonomiku odvetvia a počúvanosť prenosov. Po druhé, keď úroveň AM signálu klesne na úroveň šumu, zachová sa nielen zrozumiteľnosť ľudskej reči a jej prirodzenosť, ale dokonca aj rozpoznanie hudobných diel. Obe tieto výhody zatiaľ neprekonal žiadny iný modulačný systém v rovnakých frekvenčných rozsahoch. Takže AM bude v rádiu žiť ešte dlho. Ako však rádioelektrónky v koncových stupňoch výkonných vysielačov! Tranzistory, bohužiaľ, sa tam cítia veľmi nepríjemne.

Efektívna tvorba AM sa vykonáva vo výstupnom stupni rádiového vysielača zmenou napájacích napätí na mriežke obrazovky a anóde svietidla. Zároveň môže byť cesta formovania nosnej, vrátane koncového stupňa, nelineárna (režimy triedy B a C) alebo dokonca digitálna (režimy triedy D, E, F). Táto konštrukcia vysielača uľahčuje výrobu, od r digitálnych obvodov majú 100% opakovateľnosť a nevyžadujú úpravu (okrem E). V našom časopise už bola uverejnená napríklad digitálna dráha nízkovýkonového AM vysielača určeného pre vysielanie na stredných vlnách vrátane predvýstupného stupňa. Lineárne zosilnenie AM signálu generovaného v budiči na nízkej úrovni (ako je obvyklé pri modulácii s jedným postranným pásmom) vyžaduje lineárnu cestu, ktorá sa ťažko nastavuje, znižuje výstupný výkon 4-krát a účinnosť je nižšia ako 20% . Ak by váš 100-wattový SSB transceiver mal poctivý (skôr ako zosilnenú linkovú dráhu) AM, potom by sila signálu v režime nosiča bola 100 wattov a na vrchole modulácie - 400 wattov. A tak si vystačíte v najlepšom prípade s priemerným výkonom 25 wattov a zároveň transceiver spotrebuje zo zdroja rovnaké množstvo ako pri plnom výkone v režime SSB.

V skutočnosti ide o zmenu vysokofrekvenčnej zložky prvej harmonickej anódového prúdu a v dôsledku toho aj napätie naprieč oscilačný obvod, U a1 = I a1 . Rk, vzniká časovou zmenou s moduláciou napätia na tieniacej mriežke výstupnej elektrónky. Aby sa anóda svietidla neprehrievala pri nízkych amplitúdach výstupného napätia (pre zvýšenie účinnosti), v čase s moduláciou sa mení aj napájacie napätie anódy tak, že pri akýchkoľvek hodnotách anódového prúdu by bolo 110 - 120% RF napätia na obvode. Ide o princíp modulácie anódovo-siete - AEM (obr. 1).

Existuje ešte jedno dôležité pravidlo AEM: pre akékoľvek hodnoty modulačného signálu musí byť napätie na tieniacej mriežke lampy nižšie ako na anóde a musí s ňou udržiavať rovnaký pomer ako pri absencii modulácie. Toto pravidlo musí byť dodržané v obvodoch, aby nemohlo byť porušené počas prevádzky vysielača, inak lampa koncového stupňa zlyhá na mriežke obrazovky. Mriežka sa len roztopí.

Sčítanie konštantných napájacích napätí s premenlivými modulačnými je možné realizovať minimálne dvoma spôsobmi. Prvý, najjednoduchší, ktorý nás hneď napadne, je zapojenie dvoch zdrojov napätia do série – konštantný zdroj E a alebo E g2 a striedavý modulačný signál U a m alebo U g2 m, ako je znázornené na obrázku 2. Všetko sa zdá byť fajn, až na dve vážne "ALE". Po prvé, konštantná zložka anódového prúdu preteká zdrojom modulačného napätia. To znamená, že výstupný modulačný transformátor musí pracovať s predpätím (a mať takmer dvojnásobný prierez jadra a nemagnetickú medzeru), alebo, aby sa kompenzoval predpätý prúd, musí byť koncový stupeň modulátora jedno- skončil a pracuje v režime triedy A (To je stále sporák!). Ak hovoríme o výkonoch v jednotkách wattov, potom je to technicky celkom realizovateľné. Ak musí mať vysielač výkon desiatok a stoviek wattov, potom modulačný transformátor výrazne narastie na veľkosti a cene. Druhé "NIE": Modulačný transformátor je na anódovom napätí s vysokým potenciálom. Preto je potrebné medzi jeho vinutia umiestniť vysokonapäťovú izoláciu, čo vážne komplikuje konštrukciu transformátora a zvyšuje riziko jeho poruchy. V dôsledku toho musí byť takýto transformátor vypočítaný a vyrobený individuálne pre každý navrhnutý vysielač a nemôže byť z technických a ekonomických dôvodov unifikovaný. To znamená, že zjavná jednoduchosť schémy sa zmení na vážne technologické ťažkosti.

Ak si však pamätáte druhý Kirchhoffov zákon a sčítanie napätí na spoločnej záťaži pomocou dvoch reaktancií v obvode každého zdroja, môžete nakresliť paralelný sčítací obvod (obr. 3). Schéma sa stala zložitejšou. Má dve ďalšie LC reťaze. Modulačný transformátor je však už na nulovom potenciáli a nemá žiadne predpätie!!! To znamená, že ako jeho kvalitu môžete použiť štandardný výstup alebo dokonca výkonový transformátor a nie sami navrhovať a navíjať. Nevyhnutné predpätie v indukčnosti prešlo z transformátora na nízkofrekvenčné tlmivky, ktoré tiež existujú štandardne a tiež ich nie je potrebné navíjať samostatne. Vysoký potenciálový rozdiel sa dostal do izolačných kondenzátorov, čo je pre ne typické. Páči sa ti to. S trochou myslenia, mierne skomplikovaním obvodu, môžete zjednodušiť jeho implementáciu a zvýšiť spoľahlivosť!

Výpočet prvkov obvodu. Východiskové údaje pre výpočet: pásmo modulačných frekvencií, napájacie napätia anódy Ua, mriežka tienenia Ug2 a odberové prúdy koncového stupňa vysielača Ia a Ig2. Okamžite počítajme konkrétny príklad. Nech F min = 50 Hz, F max = 8000 Hz (vysielané AM, emisná trieda 16K0A3EGN), napájacie napätie anódy bude 400 voltov, napätie mriežky obrazovky bude 175 voltov. Prúdový odber v anódovom obvode je 300 mA, v mriežkovom obvode 30 mA. Dvojica lámp 6P45S je rozpoznaná v relatívne ľahkom režime.

Anódový obvod.

Ekvivalentný odpor Zaťaženia modulátora v anódovom obvode:

1. Ra = Ua/Ia; alebo v číslach: Ra = 400 / 300 = 1,333 kΩ.

Pri nižšej modulačnej frekvencii Fmin je prijateľné blokovanie frekvenčnej odozvy 3 dB. Preto musí byť indukčný odpor anódovej modulačnej tlmivky X LDr1 aspoň Ra. Preto:

2. L Dr1 \u003d Ra / (2 π Fmin) \u003d 1333 / (2 * 3,14 * 50) \u003d 4,24 G. Zoberme si s rezervou L Dr1 \u003d 5 G.

Nastavíme maximálny pracovný modulačný faktor m. Pri m = 100% je vysoká pravdepodobnosť premodulácie a skreslenia, preto budeme predpokladať, že maximálna pracovná hĺbka modulácie (v tzv. „sínusovom režime“ – ladenie podľa tónu) je 90 %. potom:

3. Ua m \u003d Ua * m \u003d 400 * 0,9 \u003d 360 voltov.

Keďže však minimálny faktor výkyvu (pomer modulačného napätia hlasný zvuk na priemernú úroveň) pre reč a hudbu nie je nikdy menšia ako 3 (pre koncerty symfonickej hudby môže maximálny faktor dosiahnuť 7), priemerná hĺbka modulácie bude:

4. m cf \u003d m / q \u003d 0,9 / 3 \u003d 0,3 alebo 30 %

V súlade s tým priemerné modulačné napätie v anódovom obvode:

5. Ua m cf \u003d Ua * m cf \u003d 400 * 0,3 \u003d 120 voltov.

Cez tlmivku Dr1 pretekajú v prevádzkovom režime dva prúdy: konštantný 300 mA a striedavý prúd, určený priemerným modulačným napätím a reaktanciou tlmivky pri nižšej modulačnej frekvencii. Dôležité je, že pri maximálnej hodnote prúdu by sa induktor nezmagnetizoval. Preto uvažujeme špičkové modulačné napätie pri m = 0,9.

6. Amplitúda prúdu I Dr1 ~ = Uam / (2 π Fmin L Dr1) = 360 / (2 * 3,14 * 50 * 5) = 0,229 A.

Voľba maximálnej hodnoty prúdu induktora, na rozdiel od vyhladzovacích filtračných obvodov, sa musí voliť nie podľa tepelného účinku, ale podľa maximálnej amplitúdy prúdu, aby sa induktor nezmagnetizoval pri špičkách modulačného signálu. . Ak vezmeme do úvahy pokles o 3 dB pri nižšej prevádzkovej frekvencii, hodnota prúdu, pre ktorú by mala byť anódová tlmivka navrhnutá, je:

7. I Dr1 = Ia + I Dr1 ~ * m * 0,707 = 300 + 229 * 0,9 * 0,707 = 446 mA.

Podľa tabuľky štandardných nízkofrekvenčných tlmiviek radu "D" vyberáme D48-2,5-0,4. Jeho parametre sú: indukčnosť 2,5 henry pri prevádzkovom prúde 400 mA, aktívny odpor 54 Ω, maximálne striedavé napätie sieťovej frekvencie na vinutí, pri maximálnom prevádzkovom prúde, je 11 voltov (amplitúda - 15,6 V). Hodnota špičkového prúdu pre induktor D48 bude teda: 0,4 + 15,6 / (2 * 3,14 * 50 * 2,5) = 420 mA. Prekročenie amplitúdy prúdu nad maximálnu hodnotu - 26 mA alebo 6,2%. To znamená, že na vrchole modulácie nebude indukcia v jadre 1,6 Tesla, ale o 6,2 % viac, teda 1,7 Tesla. Oblasť magnetizačného grafu pre páskové magnetické jadrá 1,6 - 1,7 Tesla sa už vyznačuje výraznou nelinearitou, hoci jadro ešte nie je nasýtené. Ak však spodná modulačná frekvencia nie je 50 Hz, ale o 6,2 % vyššia, teda 53 Hz (pri počúvaní hudby z rozhlasového prijímača to prakticky nie je badateľné), tak nedôjde k vstupu do nelineárnej oblasti. Avšak vo vstupnom filtri modulačného signálu, pred jeho aplikáciou na modulátor, bude potrebné zabezpečiť dodatočné blokovanie frekvenčnej odozvy o 6,2% pri nižšej prevádzkovej frekvencii. Môžete si však vybrať tlmivku so zámerne veľkým prevádzkovým prúdom, napríklad D47-1,2-0,56 a zapojiť 4 kusy do série. Ak aj napriek tomu ponecháme voľbu na D48-2,5-0,4, potom na získanie indukčnosti 5 G zapneme dve takéto tlmivky v sérii. Pokles napájacieho napätia anódy na aktívnom odpore kompozitného induktora (dva D48 zapojené do série) bude:

8. U Dr1 \u003d Ia * 2 * R Dr1 \u003d 0,3 * 2 * 54 \u003d 32,4 V.

Požadované anódové napätie z výstupu usmerňovača, berúc do úvahy straty v induktore, bude teda:

9. Ea \u003d Ua + U Dr1 \u003d 400 + 32,4 \u003d 433 V.

Oddeľovací kondenzátor Cp1 pracuje pre paralelné pripojenie aktívneho odporu anódového obvodu vysielača Ra a indukčného odporu modulačnej tlmivky X Ldr1, ktorej modul je:

10. Za = √1/(1/R 2 a +1/X 2 LDr1) = √1/(1/1333 2 +(2*3,14*50*5) 2) = √1/(1/1333 2 +1 /1571 2) = 1016Ω.

Pri nižšej frekvencii Fmin by reaktancia X Cp1 nemala byť väčšia ako 1/5 Za. Touto cestou:

11. Cp 1 \u003d 5 / (2 π Fmin Za) \u003d 5 / (2 * 3,14 * 50 * 1016) \u003d 15,7 uF.

Aplikujeme štandardné hodnotenie 20 mikrofarád pri 600 V a typ kondenzátora MBGO-2.
Blokovací kondenzátor Sat 1, inštalovaný v tesnej blízkosti anódovej tlmivky, je zapojený paralelne s výstupným kondenzátorom filtra anódového usmerňovača. Preto, hoci jeho kapacitná reaktancia by mala byť 20–50-krát menšia ako Za, napriek tomu je možné ju v modulátore nastaviť na minimálnu kapacitu, napríklad rovnajúcu sa Cp 1, a výstupný kondenzátor usmerňovacieho filtra Ea bude prevezmite zvyšok kapacity. Hlavná vec je, že ich celková kapacita by nemala byť menšia ako

12. Sat celkom \u003d (20 ... 50) / (2 π Fmin Za) \u003d (20 ... 50) / (2 * 3,14 * 50 * 1016) \u003d (63 ... 157) μF.

To znamená, že ak nainštalujete kondenzátor 20 uF ako Sat 1 a napríklad dva 150 uF elektrolytické kondenzátory zapojené do série s celkovou kapacitou 75 uF na výstupe usmerňovača, všetko bude fungovať dobre. . No, alebo nájdete 50 či 100 mikrofarád na 600 voltov z modernejších typov, napríklad K75-40b.
Výkon daný modulátorom anódovému obvodu vysielača pri m = 90 %, berúc do úvahy straty v aktívnom odpore kompozitnej modulačnej tlmivky:

13. Pm a \u003d U 2 a m / (2 * Ra) + (I Dr1 ~ / q) 2 * 2 * R Dr1 \u003d 360 2 / (2 * 1333) + (0,054 /) 2 * 2 * 54 \u003d 48,6 + 3,5 = 52,1 wattov.

Pri m = 1 by tento výkon bol 64 W a pri m = 0,3 by bolo potrebných iba 5,7 W.

Obvod mriežky obrazovky.

Pre linearitu modulácie je potrebné zachovať rovnaký pomer napätia na spodnej špičke (pri minimálnych napätiach Ua min a Ug 2min) ako v pokojovom režime. teda

14. Ua / Ug 2 \u003d Ua min / Ug 2 min \u003d 400 / 175 \u003d 2,29

Pri m = 0,9 je minimálne napätie na anóde

15. Ua min \u003d Ua - Ua m \u003d 400 - 360 \u003d 40 voltov.

Preto by minimálne napätie na mriežke obrazovky pri 90% modulácii malo byť:

16. Ug 2 min \u003d Ua min / 2,29 \u003d 40 / 2,29 \u003d 17,5 V.

Touto cestou,

17. Ug 2 m \u003d Ug 2 - Ug 2 min \u003d 175 - 17,5 \u003d 157,5 V a efektívna hodnota je 111,4 V.

Keďže zaťaženie modulačného transformátora v obvode mriežky obrazovky je zanedbateľné v porovnaní s anódovým obvodom (výkon je desaťkrát menší), výpočet sa bude líšiť od obvodu anódovej modulácie. Parametre mriežkového obvodu obrazovky zvolíme na základe celkového zaťaženia modulačného transformátora. Ekvivalentný zaťažovací odpor modulátora v mriežkovom obvode obrazovky, prepočítaný z anódového obvodu, bude:

18. Rg 2e \u003d Ra / (Ua / Ug 2) 2 \u003d 1333 / 2,29 2 \u003d 254 Ω;

Tento odpor určuje požadovaný indukčný odpor induktora, ktorý by pri paralelnom zapojení s obvodom mriežky obrazovky nemal ovplyvniť frekvenčnú odozvu obvodu, to znamená, že by mal byť aspoň 5-krát väčší ako pôvodný:

19. L Dr2 \u003d 5 Rg 2e / (2 π Fmin) \u003d 5 * 254 / (2 * 3,14 * 50) \u003d 4,04 G. Štandardná hodnota je 5 G.

Indukčná reaktancia induktora pri nižšej modulačnej frekvencii bude:

20. X LDr2 = 2 π F min L DR2 = 2 * 3,14 * 50 * 5 = 1571 Ω.

Odpor obvodu mriežky obrazovky

21. Rg 2 \u003d Ug 2 / Ig 2 \u003d 175 / 30 \u003d 5,833 kΩ.

Je jasne vidieť, že Rg 2 >> Rg 2e, (5833 >> 254) a modulačný transformátor pracujú takmer na voľnobeh pozdĺž mriežkového obvodu obrazovky. Odpor Rg 2 určuje výkon spotrebovaný z modulátora mriežky obrazovky:

22. Pm g2 \u003d U 2 g 2 m / (2 * Rg 2) \u003d 157,5 2 / (2 * 5833) \u003d 2,1 W.

podobne,

23. pre m = 1; Pmg2 = 2,65 W a pre m = 0,3; Pm g2 = 0,24 W.

Na obmedzenie prúdu mriežky obrazovky (na ochranu lampy v prípade nesúladu záťaže), ako aj na zabránenie rezonančným javom v modulačnom obvode je potrebné pripojiť k tlmivke sériový odpor s hodnotou rovnajúcou sa X LDr2 alebo viac. Pri R \u003d X LDr2 bude impedančný modul výsledného obvodu RL:

24. Zg 2 \u003d X LDr2 * √ 2 \u003d 2222 Ω

V súlade s tým bude amplitúda striedavého modulačného prúdu v obvode RL:

25. I Dr2 ~ = (Ug 2 m m) / Zg2 = (157,5 * 0,9) / 2222 = 0,064 A.

A špičkový prúd cez induktor bude

26. I Dr2 = Ig2 + I Dr2 ~ = 30 + 64 = 94 mA.

Vyberáme štandardnú škrtiacu klapku D22-5-0,1. Jeho parametre sú: indukčnosť 5 henry pri pracovnom prúde 100 mA, aktívny odpor 326 Ω pri zapojení vinutí do série.

27. Keďže D22-5-0.1 má už vlastný aktívny odpor vinutia 326 Ω, je potrebné pridať R = X LDr2 - R Dr2 = 1571 - 326 = 1245 Ω.

Štandardne vyššie hodnotenie je 1,3 kΩ.
Izolačný kondenzátor Cp2 pracuje pre paralelné zapojenie komplexného odporu obvodu tlmivky Zg 2, = 2,222 kΩ (fáza = 45 °) a aktívneho odporu mriežky tienidla Rg 2 = 5,833 kΩ, ktorého celkový modul odporu, berúc do úvahy fázu, je:

28. Zg2Rg2 = √1/[(1/Rg2 + cos / Zg2) 2 + (sin / Zg2) 2 ] = √1/[(1 / 5,833 + 0,707 / 2,222) 2 + (0,707 / 2]222) 2 = √1/(0,24 + 0,1) = 1,715 kΩ

Pri nižšej frekvencii Fmin by reaktancia X Cp2 nemala byť väčšia ako 1/5 Zg 2Rg2. Touto cestou:

29. Cp 2 \u003d 5 / (2 π Fmin Zg 2Rg2) \u003d 5 / (2 * 3,14 * 50 * 1715) \u003d 9,3 μF.

Aplikujeme štandardné hodnotenie 10 mikrofarád pri 300 V a typ kondenzátora MBGO-2.
Blokovací kondenzátor Sb2, inštalovaný v tesnej blízkosti rezistora R, je zapojený paralelne s výstupným kondenzátorom sitového usmerňovacieho filtra. Preto, hoci jeho kapacitná reaktancia by mala byť 20–50-krát menšia ako Zg2, v modulátore je možné ho nastaviť na minimálnu kapacitu, napríklad rovnajúcu sa Cp 2, a výstupný kondenzátor usmerňovacieho filtra Eg 2 zaberie zvyšok kapacity. Hlavná vec je, že ich celková kapacita by nemala byť menšia ako

30. Sat celkom \u003d (20 ... 50) / (2 π Fmin Zg 2) \u003d (20 ... 50) / (2 * 3,14 * 50 * 2222) \u003d (29 ... 72) μF.

To znamená, že ak nainštalujete kondenzátor 10 uF ako Sat 2 a napríklad na výstupe usmerňovača je nainštalovaný kondenzátor 47 uF, všetko bude fungovať čo najlepšie. No, alebo, ak nemáte radi elektrolyty, môžete dať 30 mikrofaradový kondenzátor na 300 voltov MBGO-2. Pri návrhu konkrétneho obvodu sú tieto vypočítané pomery referenčné, ktoré nesmú byť porušené, pričom realizácia obvodu môže byť odlišná v závislosti od typu použitého výkonového transformátora a obvodu usmerňovača. Pri výpočte vyhladzovacích filtrov na poskytnutie požadovaného faktora zvlnenia sa môžu ukázať, že kapacity kondenzátorov sú väčšie, ako sa vypočítalo, a potom musia byť nastavené zodpovedajúcim spôsobom veľké. Pri m = 0,9 (a pri nižšej modulačnej frekvencii 50 Hz) bude strata výkonu modulátora na aktívnom odpore obvodu:

31. R RDr2 \u003d I 2 Dr2 ~ * (R + R Dr2) \u003d 0,064 2 * (1300 + 326) / 2 \u003d 3,33 W.
32. Pri m = 1 Р RDr2 = 4,1 W a pri m = 0,3; Р RDr2 = 0,37 W.
33. Navyše 0,064 2 * 1300 = 2,66 W pri m = 0,9; 3,29 W pri m = 1; 0,3 W pri m = 0,3

z nich budú rozptýlené rezistorom R pri modulačnej frekvencii 50 Hz. Výkon dodávaný modulátorom do mriežkového obvodu obrazovky pri hĺbke modulácie 90 % a sínusovom režime (q = 1):

34. Pm g2Rdr2 \u003d Pm g2 + P Rdr2 \u003d 2,1 + 3,33 \u003d 5,43 W.

Celkový výkon modulátora pri hĺbke modulácie 90 % a q = 1 bude:

35. Pm \u003d Pm a + Pm g2Rdr2 \u003d 52,1 + 5,43 \u003d 57,5 ​​W.

Pre 100% sínusovú moduláciu pri 50 Hz bude potrebný výkon modulátora

36. Pm \u003d 64 + 2,65 + 4,1 \u003d 70,8 W.

Keď sa frekvencia zvyšuje, strata výkonu na rezistore R bude lineárne klesať. Pri bežnej prevádzke vysielača pri hovorových a hudobných programoch (q = 3) je požadovaný výkon modulátora: 5,7 + 0,24 + 0,3 = 6,24 wattov. A berúc do úvahy účinnosť modulačného transformátora - 6,9 W. Tu stojí za to venovať pozornosť kvadratickej závislosti výkonu modulátora od hĺbky modulácie. Nápadný je 10-násobný rozdiel v priemernom modulačnom výkone pri bežnej prevádzke na skutočný hudobný a hovorový signál - 6,9W a v sínusovom režime a 100% modulácii viac ako 70W. Preto modulátor AM vysielača nie je potrebný na poskytovanie maximálneho nepretržitého výkonu v sínusovom režime. Hlavná vec je, že pri špičkách modulačného signálu môže poskytnúť amplitúdu výstupného napätia rovnajúcu sa anódovému napájaciemu napätiu koncového stupňa. Pre AEM je vhodný takmer každý modulátor s relatívne nízkym výkonom (v oblasti 20 - 60 W), schopný dodať maximálne modulačné napätie a odolný voči krátkodobému prúdovému preťaženiu. V tomto režime môže veľmi dobre fungovať tranzistorový a najmä elektrónkový UMZCH s transformátorovým výstupom. Integrované obvody UMZCH s beztransformátorovým výstupom, bohužiaľ, neposkytujú napäťové špičky pri menší výkon, a pri ich použití musí byť čip UMZCH navrhnutý na maximálny výkon modulátora, to znamená 80 W, berúc do úvahy účinnosť modulačného transformátora. Pokles priameho napájania mriežky obrazovky na aktívnom odpore induktora R Dr2 a prídavného odporu R bude:

37. U RDr2 \u003d Ig 2 * (R + R Dr2) \u003d 0,03 * (1300 + 326) \u003d 49 V.

A napájacie napätie obvodu mriežky obrazovky na výstupe usmerňovača by malo byť:

38. Napr. 2 \u003d Ug 2 + U Rdr2 \u003d 175 + 49 \u003d 224 voltov.

Moc priamy prúd, rozptýlené odporom R, bude:

39. I 2 g2 * R \u003d 0,03 2 * 1300 \u003d 0,9 W.

Ak vezmeme do úvahy, že časť výkonu modulátora sa na ňom stále rozptýli, pri m = 0,3 bude celkový stratový výkon na rezistore R:

40. P R \u003d I 2 Dr2 ~ * R + I 2 g2 * R \u003d 0,3 + 0,9 \u003d 1,2 W.
41. Avšak s 90% moduláciou pri 50 Hz tento odpor rozptýli PR90 = 0,3 + 3,29 = 3,6 W.

S veľkou rezervou vyberáme dva paralelne zapojené odpory s výkonom 2 W a nominálnou hodnotou 2,7 kΩ. Typové hodnotenie: MLT alebo S2-23 - 2 W - 2,7 kΩ ± 5 %. Pretože sa nominálna hodnota 1,35 kΩ ukázala byť iná ako vypočítaná 1,3 kΩ, je potrebné prepočítať napájacie napätie mriežkového obvodu obrazovky:

42. U RDr2 \u003d Ig 2 * (R + R Dr2) \u003d 0,03 * (1350 + 326) \u003d 50,3 V.
43. Napr. 2 \u003d Ug 2 + U Rdr2 \u003d 175 + 50 \u003d 225 voltov.

Pri nižšej modulačnej frekvencii 50 Hz sa pri špičkách dosahujúcich 100 % stratí na kompozitnom rezistore výkon 4,2 W, ale keďže tento režim nie je štandardný a pri prevádzke vysielača prakticky nedosiahnuteľný, takéto krátkodobé zhluky pre dva rezistory po 2 wattoch pri priemernom výkone nepresahujúcom 1,2 W sú celkom prijateľné.

modulačný transformátor. Musí zachovať linearitu prenosovej charakteristiky v celom rozsahu modulačných napätí. V nominálnom režime (s modulačným faktorom 90%) by mal mať amplitúdu napätia 360 voltov na vinutí anódy a amplitúdu napätia 157,5 voltov na vinutí obrazovky (časť anódy pred kohútikom). Zároveň je žiaduce, aby transformátor umožňoval 10% preťaženie napätia pri modulačných špičkách až do 100%.

Prepočítajme tieto stresy na efektívne. Získame 254,6 V a 111,4 V.

Pri skúmaní parametrov štandardných transformátorov vyrábaných v našom odvetví je zarážajúca veľmi presná zhoda s vypočítanými hodnotami napätia sieťových vinutí pre výkonové transformátory radu TAN a TN. Dve sieťové vinutia dostupné pre tieto transformátory sú dimenzované na 127 voltov a majú 110 voltovú odbočku.

Zapnutím oboch vinutí v sérii získame napätie 254 voltov a z kohútika jedného vinutia - 110 voltov. Verím, že zápas je veľmi presný! VT transformátory však majú prídavné odbočky na sieťovom vinutí, čo umožňuje presne zvoliť pomer anódového a sieťového modulačného napätia pre iné typy rádiových elektrónok.

Teraz s mocou. Keďže sínusový režim pri 90% modulácii je štandardný, transformátor musí zabezpečiť prenos výkonu 58,2 wattov.

Ako modulačný transformátor volíme štandardný výkonový transformátor ТН46-127/220-50. Keďže sú transformátory reverzibilné, použijeme to "výstup na vstup".

Jeho parametre (obr. 4):

Keďže dlhodobé normalizované odchýlky sieťového napätia môžu byť ± 10% menovitej hodnoty, je výkonový transformátor navrhnutý nielen na 10% preťaženie, ale aj na bežnú prevádzku pri napätí o 10% vyššom ako je nominálne. A modulátor s takýmto transformátorom bez problémov zabezpečí 100% moduláciu pri nižšej pracovnej frekvencii 50 Hz. Zapojením šesťvoltových vinutí modulačného transformátora do série dostaneme, že pri modulačnom koeficiente m = 0,9, výkon modulátora Pm = 58 W a menovité napätie štyroch vinutí Um = 25,2 voltov, vstupný odpor obvodu modulačného signálu je striedavý prúd bude:

1. Rm \u003d U 2 m / Pm \u003d 25,2 2 / 58 \u003d 11 Ω.

Inými slovami, ak máte bežný domáci UMZCH s výkonom 30 - 80 W, ktorý na stĺpe s odporom 8, 12 alebo 16 Ω dokáže vyvinúť napätie 24 - 28 voltov, potom môžete použiť ako modulátor pre váš AM vysielač.

Početné obvody push-pull elektrónkových UMZCH s transformátormi TAN a TN publikované mnou v časopise RADIO z rokov 2005 až 2008 nie sú ničím iným ako predbežnými publikáciami modulátorov s príjemným, elektrónkovým zvukom pre nízkovýkonové vysielače AM vysielania. Potrebujú len zaviesť korekciu frekvenčnej odozvy tak, aby bolo pozorované 3 dB obmedzenie pri hornej modulačnej frekvencii Fmax = 7,5 ... 8 kHz, a nainštalovať zárezový filter s potlačením aspoň 40 dB pri frekvencii 9 kHz na zabezpečenie emisnej triedy 16K0A3EGN v súlade s medzinárodnými rádiokomunikačnými predpismi. A elektrónka UMZCH pre 6N23P a 6P43P publikovaná v sekcii "Pre začiatočníkov" je modulátor pre 25-wattový vysielač pre začínajúceho samostatného rozhlasového vysielača, testovaný na dvesto študentoch a dostupný na výrobu aj prvákom na humanitnej univerzite. .

Napájací zdroj v našom príklade výpočtu by mal poskytovať anódové napätie 433 voltov pri prúde 300 mA a napájacie napätie obrazovky 200 voltov pri prúde 30 mA. Vo vyhladzovacích filtroch usmerňovača používame rovnaké tlmivky ako v modulačnej schéme: D48-2,5-0,4 a D22-5-0,1.

Výpočet usmerňovača a vyhladzovacích filtrov je uvedený v príručkách rádioamatérov.

Ako výkonový transformátor používame štandardný TA199-220-50 (obr. 5):

Keďže existujúci transformátor má šesť vinutí s napätím 80 a 20 voltov, je možné použiť dva mostíkové usmerňovače, samostatne pre napätie tienenia Eg2 a pripočítať k nemu usmernené napätie zo zostávajúcich vinutí, aby sa získala nominálna hodnota anódy Ea. , čím sa znížia prevádzkové napätia na usmerňovačoch a vyhladzovacích filtroch, čo je veľmi výhodné. V tomto prípade sa pomer napájacích napätí Ea a Eg2 získa automaticky zapnutím vinutia transformátora a zostane zachovaný pri akýchkoľvek výkyvoch sieťového napätia. Tento obvod teda nevyžaduje stabilizáciu napätia. Nakreslíme úplný diagram:

Na žiarovky výstupného stupňa vysielača by sa malo použiť napätie žiaroviek a predpätie zo samostatného transformátora a mali by sa zapnúť jednu alebo dve minúty skôr, než sa použije napätie na anóde a obrazovke.