ГЛАВА II

ОСОБЕННОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛА В УСИЛИТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В данной главе выявлена зависимость спектра преобразованного напряжения от функции (роли), выполняемой основным (модулирующим) и вспомогательным (модулируемым) сигналами в процессе параметрической модуляции. Показано, что цель детектирования в случае применения линейных детекторов не всегда достигается: когда параметр модулятора изменяется в соответствии с основным воздействием при двухтактном линейном детекторе, выходной сигнал содержит составляющую основной частоты и не содержит в случае изменения параметра по закону вспомогательного воздействия.

Исследованы выражения функции преобразования трех обобщенных ключевых схем параметрических модуляторов (с прерыванием, закорачиванием и переключением цепи сигнала) с учетом конечных значений их сопротивлений в замкнутом и разомкнутом состояниях и параметров источника сигнала.

Дан анализ и показана возможность синтеза модуляторов с параметром, изменяющимся по синусоидальному закону. Рассмотрено влияние возможной почти-периодичности функции, описывающей преобразованный сигнал, на выбор частоты преобразования в уси-.чителе постоянного тока.

Как известно [19, 53], преобразование частот при модуляции достигается посредством перемножения двух временных функций, а преобразующее устройство может быть представлено трехполюсником с двумя входными и одной выходной сторонами (рис. 2.1).

Тот из входных сигналов, который должен быть выделен в результате многократных преобразований, будем называть основным (модулирующим), а его частоту со - основной частотой, второй из входных сигналов - вспомогательным (модулируемым), а его частоту Mq, обычно именуемую несущей, - также частотой преобразования.

Такое терминологическое уточнение для нас важно потому, что, как уже отмечалось во введении, ниже будет рассмотрена работа усилителей с преобразованием в широком диапазоне частот. Известные типы преобразователей обеспечивают высокую стабильность работы на частотах начала звукового диапазона. Следовательно, частота основного сигнала может быть

р. д. Баглай П .

выше частоты преобразования, что при изучении процессов модуляции в радиотехнике обычно не предполагается. Явление преобразования частоты или спектра частот лежит в основе работы многих устройств, в том числе усилителей постоянного тока, работаюш,их по принципу модуляция - демодуляция (М-ДМ) сигнала.

Преобразование может быть непрерывным, когда изменяется каждое мгновенное значение сигнала, и дискретным, когда

он квантуется по уровню или време-jt,u),wo) ни [57]. Непрерывное преобразование обычно осуш,ествляется на одной частоте, дискретное по суш,е-ству является многочастотным.

На выбор способа преобразования g накладывает ограничение тип систе-

мы, в которой предполагается его применение. В свою очередь, выбранный способ в какой-то мере определяет конструкцию и свойства самой системы.

В усилителях типа М-ДМ чаш,е всего используется один из видов дискретного преобразования, получивший в теории импульсных систем [57] название амплитудно-импульсной модуляции первого рода (АИМ-1), и реже - непрерывное преобразование, обычно амплитудная модуляция.

2.1. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В УСИЛИТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В радиотехнике из-за трудностей создания линейных перемножающих устройств, стабильно работающих на высоких частотах, преобразование частот осуществляется на нелинейных элементах. Это приводит к появлению в спектре выходного напряжения так называемых побочных продуктов преобразования. Их отделение не вызывает затруднений благодаря значительному разносу по шкале частот верхнетг частоты преобразуемого сигнала сов и несущей Мд. Полоса переносимого спектра при этом может быть достаточно широкой.

Нестабильность работы преобразователей этого типа, выражающаяся в самопроизвольных медленных изменениях вольт-амперной характеристики нелинейного элемента, приводит к дрейфу выходного напряжения (тока), что эквивалентно действию дополнительного, медленно изменяющегося возмущения на входе. Это обстоятельство, с которым можно не считаться при создании радиотехнической аппаратуры, поскольку нижняя частота основного сигнала лежит в области звукового диа-

Рис. 2.2.

пазона оказывается определяющим при выборе модуляторов для УПТ.

Сигнал в усилителях постоянного тока преобразуется с помощью линейной электрической цепи, величина одного из параметров которой изменяется во времени по определенному закону. К такого рода цепям, получившим название параметрических, относятся, в частности, цепн с периодически изменяющимися активным или реактивным элементами.

Возможность преобразования спектра сигнала в этих цепях непосредственно следует из уравнений, связывающих напряжения и токи в параметрических элементах. Так, для активного сопротивления

u{t) = i {t)-R{t).

Параметрическая цепь с активным элементом представлена на рис. 2.2. Пусть переменный параметр R (t) цепи линейно зависит от основного воздействия sin at, т. е.

R (f) = Ro + Rm sin at.

В качестве вспомогательного источника, поскольку мы свободны в выборе, примем источник тока

/mCOSCOof.

Выражение для выходного напряжения цепи можно представить в виде

Мвых {t) = Rolm (l + 1 Sin COS Щ1. (2.1)

По характеру спектра (cOq +< , cOq) данный тип модулятора соответствует так называемому небалансному модулятору.

Принцип работы преобразователя такого типа можно представить графически (рис. 2.3) аналогично тому, как это делается при рассмотрении модуляторов, использующих нелинейность. Вольт-амперная характеристика для постоянной составляющей i? параметра/? {t) представлена прямой, проведенной под углом = arctg Rq к оси токов. Вольт-амперная характеристика переменной составляющей представляется прямой, проведенной через начало координат и колеблющейся с частотой со вокруг оси токов. Предельный угол ее отклонения