в случае малых индексов модуляции {Ми Mz, Мз с1) и слабой нелинейности (Ь<1) Р1~.Ь(2ф2-ф!-фз) и

i()~aiU 8ш[1Сош<-}-ф1 -bib (2ф2-ф1-фз)]. (3.122)

Сигнал частоты сою будет промодулирован по фазе (частоте) низкочастотными колебаниями, передаваемыми на других несущих частотах, т. е. будет иметь место перекрестная фазовая модуляция. Подобным же образом можно рассмотреть возникновение перекрестной модуляции в случае AM. входных сигналов. Перекрестные искажения являются следствием иаличия нелинейно-сти 1и особенно опасны для системы многоканальной связи. Поэтому одновременное усиление многих сигналов .следует осуществлять в устройствах с малой нелинейностью. Рис. 3.57

COzD

АМПЛИТУДНО-ФАЗОВАЯ КОНВЕРСИЯ

Амплитудно-фазовая конверсия (АФК) - преобразование амплитудной модуляции Б фазовую. Она возникает при прохождении AM сигнала через устройство (усилитель, преобразователь, умножитель частоты), сдвиг фаз в котором зависит от амплитуды входного сигнала. Амплитудно-фазовая конверсия особенно характерна для устройств, работающих в диапазоне СВЧ, использующих лампы бегущей волны, клистроны, лавинно-пролетные диоды, диоды Ганна и другие приборы. В одних случаях она является следствием зависимости фазовой скорости волны от амплитуды сигнала, в других - зависимости от амплитуды сигнала главным образом реактивной проводимости прибора, влияющей на резонансную частоту колебательной системы.

Рассмотрим возникновение АФК в транзисторном усилителе (см. рис. 3.35), Б котором Б качестве Ху используется варикап. В линейном режиме работы усилителя при входном напряжении Мвх=*С/вх81П1(й1/ переменный ток в выходной цепи 1к=5к1/вх sin coi, где Sk - крутизна транзистора. Выходное напряжение

Ивых=5кг7вх2э31п((011-Ь<р), (3.123)

где ф - сдвиг фаз в контуре. При изменении амплитуды t/вх (AM входного сигнала) изменяются: Ubvix=SUbkZs, средняя емкость варикапа (она зависит от t/вых), резонансная частота контура fo, его расстройка относительно частоты fi входного сигнала, фаза ф выходного напряжения. В результате напряжение Ывых оказывается модулированным и по фазе.

Если в отсутствие Ывх(0 контур был настроен варикапоы (с резким р-п-пе-реходом) на частоту (Oi, то при воздействии входного отгиала его резонансная частота уменьшится в соответствии с первым слагаемым (3.79):

- 64 ibu.

(З.Ш)

где VBbix=KVBx. В этих выражениях К=5к2э(<й1

ЛИТеЛЯ, VBblx= UbmxI (фн-£во), Увх=/вх/(фк-вО

- коэффициент усиления уси-

- нормированные амплитуды

в последнее

напряжения, а Zs=Rs j I + СР Подставляя (3.124)

выражение, обозначения 8кЯз=Крез, и используя (3.123) Za получаем уравнение для определения Увых-

VBb,x у 1 + (- <2 VlJ = /Срез Vbx. (3.125)

Для небольших амплитуд Увых и расстроек Af/fi можно считать Zs((x>i) - . 3

=Rs и - QV2Bb.x<l. Тогда из (3.125) получим: Увых = КрезУвх. о2

В случае AM входного сигнала t/Bx(0 = o(l-fmcosQO изменение резо-

нансной частоты оказывается Af/fi=---V2Bbix(l+m cos QO- Соответственно из-меняется и сдвиг фаз на частоте fr.

Ф(0 С= --QvLx(l+-Y- + 2mcosQi-b-cos2Q/.

Следовательно, Ам входного сигнала с глубиной т приводит к возникновению

ФМ выходного сигнала с индексом модуляции М= - QVBhi-m.

Если через подобный усилитель проходит ФМ (ЧМ) сигнал или сумма таких сигналов, обладающих паразитной AM с частотой Q, то в результате амплитудно-фазовой конверсии эта AM переносится иа изменение фазы выходных ФМ (ЧМ) сигналов, искажая их. Для ослабления АФК необходимо при усилении ФМ (ЧМ) сигналов использовать режим работы устройства, характеризующиеся слабой зависимостью сдвига фаз от амплитуды колебаний, и принимать меры к уменьшению паразитной АМ.

Г л а Б а 4

Автоколебательные системы

4.1. АВТОКОЛЕБАНИЯ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Колебания на выходе различных рассмотренных выше устройств (усилителей, умножителей и преобразователей частоты, детекторов и модуляторов) имеют место только в.том случае, когда на их входы подаются определенные сигналы. Колебания, вызываемые внешними воздействиями, называются вынужденными. Форма вынужденных колебаний и такие их основные параметры, как амплитуда и частота колебаний, зависят от вида и параметров входных сигналов.

В отличие от вынужденных колебаний, колебания, самостоятельно возникающие в отсутствие внешних воздействий, называются автоколебаниями, а устройства и системы, в которых они возникают - автоколебательными. Такими устройствами, широко используемыми в современной технике, являются разнообразные источники или генераторы колебаний (электрических, механиче-

ских, звуковых, световых), называемые часто автогенераторами.

Автоколебания обладают следующими основными особенностями:

возникают один не за счет воздействия внешнего сигнала, а благодаря наличию некоторых особых свойств системы;

форма возникающих колебаний, их амплитуда и частота также определяются свойствами самой системы;

возникающие автоколебания, например напряжение на контуре генератора, обладают определенной энергией.

Последнее означает, что в состав автоколебательной системы должен входить источник энергии, за счет расхода которой поддерживаются колебания. В большинстве случаев в автогенераторах используются источники энергии постоянного напряжения или тока. Такие автогенераторы являются преобразователями энергии постоянного напряжения или тока в энергию колебаний.

Автоколебания и соответствующие устройства делят на автономные и неавтономные. Автономными называют автоколебания, происходящие в отсутствие внешних воздействий. Такие автоколебания изучаются Б данной главе. Неавтономными называют колебания Б автоколебательных системах, подверженных каким-либо воздействиям; они изучаются в гл. 5.

Автоколебательные системы встречаются во многих областях техники и в природе. 1\ их числу относятся часовые механизмы, смычковые и духовые музыкальные инструменты, паровая машина, разнообразные механические вибраторы и т. п. Многие биологические (например, работа сердца и легких) и астрономические (движение планет) явления представляют собой автоколебания.

Нередко автоколебания оказываются нежелательными, и условия их возникновения изучаются для того, чтобы предотвратить нх появление. К числу таких йзлений относятся: автоколебания усилителей, систем автоматического регулирования, мостов, крыльев самолета (флаттер), колес автомашин и самолетов (шимми), резцов токарных станков и пр.

Следует отметить, что основные свойства разнообразных по физике явлений автоколебаний, уравнения, которыми описываются эти процессы, и методы их решения являются сходными. Поэтому изучение автоколебательных явлений и методов их исследования позволяет решать многие задачи не только в области радиотехники и связи, но и в других областях науки и техники.

На рис. 4.1. приведены принципиальные схемы автогенераторов на биполярном (а) и полевом (б) транзисторах с .колебательным контуром Б выходной цепи. Аналогичный вид имеет схема