ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 293
Скачиваний: 0
выходной ток в цепи резонансной нагрузки (выходной контур) имеет негармонический характер, который можно представить суммой первой и высших гармоник. Из-за того, что выходной контур настроен на ос новную частоту сигнала, выходное напряжение каскада UK2 = = / ВЫхх^э2 создается только первой гармоникой тока и является гармоническим. Итак, нелинейные искажения несущих высокочастот ных колебаний сигнала, происходящие в усилительном каскаде, устра
няются за счет его резонансной на грузки.
Нелинейность усилительного каскада может вызвать нелинейные искажения модуляции принимаемых сигналов, вто ричную модуляцию и перекрестную мо дуляцию.
Нелинейные искажения модуляции принимаемых сигналов. Из-за нелиней ности УП нарушается пропорциональ ная связь амплитуд высокочастотных колебаний на входе и выходе каскада, а это вызывает искажение огибающей кривой выходного напряжения.
Рассмотрим нелинейные искажения каскадов на лампе и полевом транзисторе. Пренебрегая действием нагрузки каскада, будем считать выходной ток нелинейной функцией, зависящей только от входного
напряжения: |
iBhlx = |
f (ивх), |
где ивх = Е0 + |
Uс sin сoct\ Е0 — на |
||||
пряжение |
смещения; |
Uc — амплитуда |
напряжения |
сигнала. |
Так |
|||
как Е0)>> |
Uc, то разложим выходной ток в ряд |
по степеням малого |
||||||
напряжения (ряд Тейлора): |
|
|
|
|
|
|||
*»ых = / ( £ 0)] + |
/ ' (Е 0) |
U С s i n w c f - t - V J * |
( £ 0) (Ус sin2 ш с/ |
+ V e/ ' " ( £ 0) x |
||||
|
|
|
X Щ sin8 сосМ - ..., |
|
(3.139) |
|||
где У (ЕЛ — g 21 — |
крутизна |
УП в рабочей |
точке; |
f n (Е0) = |
g-^i. |
|||
Г(Е0) = g'n.
Подставляя в ряд (3.139) значения sin2 сос t = V2 — V2 cos 2 соД,
sin3 a j = 3/4 sin ы>Д + l/4 sin 3<t>J и выделяя члены, содержащие множитель sin соct, получаем ток 1-й гармоники, на которую настроен контур, гВых1 = (g2iUc + V, gl\Ul + •••) sincoc^. Для остальных гармоник контур представляет малое сопротивление и поэтому их можно не учитывать.
Амплитуда тока равна
/ вЫх1=£21^ с ( 1 + 1/8- ^ £ Л ') . |
(3-140) |
||
V |
£21 |
J |
|
Это уравнение представляет собой аналитическое выражение колеба
тельной характеристики |
каскада — зависимость |
амплитуды тока 1-й |
||
гармоники от входного напряжения (рис. 3.33). |
UK2 = Увых1^ эг = |
|||
Напряжение |
на |
выходном |
контуре |
|
^^l^cfl+V gfesn/gai) U\\ Rg2- Для отсутствия нелинейных искажений
106
напряжение на выходном контуре Uк2 должно быть пропорционально входному напряжению Uc.
Найдем коэффициент нелинейных искажений. Пусть высокочас тотный сигнал будет модулирован частотой F = Й/2я. При этом его амплитуда напряжения равна Uc = U0 (1 -fmsinQ/'). Подставляя значение Uc в выражение (3.140), выделяя токи с частотами Й и 2Й
и учитывая, что £ 21<У0 > % g'2XU30, |
получаем |
|
|
20 |
~ ^ т Щ . |
(3.141) |
|
|
|||
|
16 |
g21 |
|
Следовательно, нелинейные искажения модуляции пропорциональны gsli и квадрату амплитуд несущей частоты U0. Для уменьшения нели нейных искажений модуляции необходимо выбрать режим работы УП,
при котором отношение g^/gzi минимально. При g2X |
~ 0 |
v = 0. |
|||
Если характеристика УП выражается полиномом второй степени |
|||||
t вых = |
о0 “Ь aiuo + |
а 2ис, |
то она является нелинейной и имеет пере |
||
менную |
крутизну |
g 21 = |
diBUX/duc = a l + 2a 2Uc, |
что |
позволяет |
осуществить автоматическую регулировку усиления каскада измене нием крутизны УП. При этом нелинейные искажения будут отсутст вовать, так как g2\ — d3iBUX/dUl = 0 и v =0. Это происходит из-за того, что в этом случае колебательная характеристика линейна. Подставляя ис = Ucsin(x>ct в полином второй степени, после преобразований получаем
Сых — aQ+ axUо sin (Dct + а2 (U|/2) —
— а2 ((7c/2)cos 2(оct.
Отсюда получаем линейную колебательную характеристику / вы и =
=axUс-
Полевые транзисторы со структурой МОП имеют проходную харак
теристику, близкую к квадратичной и, следовательно, для HHxg21 ->-0. Поэтому в каскаде на полевом транзисторе со структурой МОП нели нейные искажения малы.
Обычно в УРЧ допускают v = l-f-1,5%.
Рассмотренный случай соответствовал гармонической модуляции сигнала частотой F. При модуляции сигнала одновременно частотами Fu F 2... на основании рассмотренного процесса огибающая сигнала на
выходе |
каскада будет иметь составляющие с |
частотами F и |
F2..., |
а также |
высшие гармоники с частотами 2F |
3 F и ..., 2F2, 3F2... и |
|
комбинационные составляющие с частотами |E i ± E 2|; | ± p F t + |
qF21, |
||
где-p и q — любые целые положительные числа: 1, 2, 3... На |
входе |
||
детектора все эти составляющие огибающей создадут напряжения. Нелинейность характеристики лампы и полевого транзистора воз
растает при автоматической регулировке усиления, которая сдвигает рабочую точку на характеристике и этим изменяет крутизну УП. Поэ тому при автоматической регулировке усиления коэффициент нелиней ных искажений изменяется.
В транзисторном каскаде нелинейные искажения при f < f r воз никают из-за нелинейности входной / б (Uб) и проходной / „ ( / б) ха рактеристик. Нелинейность входной характеристики значительно боль-
107
ше, чем проходной. Поэтому обычно учитывают нелинейные искажен ния, обусловленные входной характеристикой. Для анализа нелиней ных искажений используют экспоненциальную аппроксимацию зави симости тока базы от напряжения на переходе эмиттер — база. Коэффициент нелинейных искажений транзисторного каскада 19]
|
3 |
тВ1 |
|
(3.142) |
|
|
Тб 1+ %flS’ |
||||
|
|
|
|||
где В0 = |
U0/ab — обобщенная |
амплитуда |
входного сигнала; |
b = |
|
~ k T 0l e — температурный потенциал, |
В; |
а — коэффициент |
(для |
||
германиевых транзисторов а = |
1ч- 1,2); |
k — постоянная Больцмана; |
|||
е — заряд |
электрона. |
|
|
|
|
Для уменьшения нелинейных искажений в каскадах на лампе и полевом транзисторе следует выбирать режим работы этих УП так, чтобы отношение g2\!g2l было наименьшим, и уменьшать амплитуду напряжения входного сигнала. Для уменьшения нелинейных иска жений в каскаде на транзисторе следует уменьшать амплитуду напря жения входного сигнала.
Вторичная модуляция. Напряжение пульсации источника пита ния с низкой частотой 100—400 Гц может воздействовать'на вход кас када и периодически изменять крутизну УП с частотой пульсации. При этом коэффициент усиления каскада будет изменяться с частотой пульсации и этим модулировать усиливаемый сигнал. При отсутствии сигнала напряжение пульсации низкой частоты не усиливается и, сле довательно, не попадает на вход детектора и на выходе приемника не будут прослушиваться пульсации питающего напряжения (фон). Поэ тому создается впечатление, что этот фон образуется в передатчике.
Будем считать, что принимаемый сигнал имеет полезную ампли тудную модуляцию, которую создает передатчик, с частотой F — Q/2л. При этом амплитуда напряжения изменяется во времени по закону Uc = U0 (1 -f- m cosQ /), где т — коэффициент модуляции. Под действием низкочастотного напряжения крутизна УП меняется во
времени по закону g'2l |
= g 2i (1 + |
mgtt cos QHt), где g2\ — крутиз |
на в рабочей точке; |
mg2l — Ag21!g2i — коэффициент модуляции |
|
крутизны; FH — П„/2л |
— частота |
вредного низкочастотного напря |
жения. Коэффициент усиления каскада изменяется по такому же за кону К о = К0 (1 + mgll cosOH0Амплитуда выходного напряжения высокой частоты равна (/вых = K'UC. Подставляя сюда значения
К', Uc, |
после преобразований получаем выражение для огибающей |
||
высокочастотного |
напряжения в виде |
||
|
f/вых = |
K0U0 [1 |
+ mg21cos Qnt + m cos Qt + |
+ |
1/2mmg2i cos (П + |
Q„K -f 1/2mmg21 cos (Й — Qn)t -f- ...]. |
|
На выходе детектора возникнут напряжения с частотами F, Fн и комбинационные напряжения с частотами F — FH и F„ — F. Напри мер, если полезная модуляция имеет частоту F — 1000 Гц, а вредное модулирующее напряжение имеет частоту 100 Гц, то на выходе де тектора возникнут напряжения с частотами 1000, 100, 900 и 1100 Гц.
108
Две последние составляющие вызовут наибольшее искажение при нимаемого сигнала.
Для количественной оценки вторичной модуляции служит коэф фициент вторичной модуляции
, |
Увш (й+ йн) + Ув ш (0-Q,,) |
mmg21/2+mmg n fz |
“Т0Р~ |
~ |
= т <&' {ЗЛ43) |
Из формулы (3.143) видно, что искажения сигнала, вызванные вторич ной модуляцией, не зависят от амплитуды напряжения сигнала, а за висят только от амплитуды напряжения низкой частоты, под действием которой изменяется крутизна УП."Чтобы ослабить вторичную моду ляцию, следует уменьшить коэффициент модуляции крутизны mgu уменьшением вредного низкочастотного напряжения на входе УП и выбором рабочей точки УП на участке характеристики с наименьшей нелинейностью.
В транзисторном каскаде вторичная модуляция резче выражена, чем в каскаде на лампе и полевом транзисторе из-за большей нелиней ности транзистора, которая проявляется при меньших входных на пряжениях.
Перекрестная модуляция. При настройке приемника на частоту полезного сигнала / с на входе детектора будет напряжение этого сиг нала. Если входная цепь и каскады, предшествующие рассматривае мому каскаду, имеют низкую избирательность, то на входе этого каскада может действовать сильное мешающее напряжение другого амплитудно-модулированного сигнала, имеющего несущую частоту /м Ф /с- Если частоты / м и / с значительно отличаются друг от друга, то избирательные каскады не пропускают мешающий сигнал к детек тору. Однако из-за нелинейности характеристики УП каскада полез ный сигнал может быть промодулирован мешающим сигналом. При этом модуляция мешающего сигнала переходит на колебания несущей полезного сигнала и поэтому последующие каскады пропускают этот сигнал с двойной амплитудной модуляцией на вход детектора. Это проявляется в том, что передача мешающей станции слышна при на стройке приемника на частоту принимаемого сигнала / 0 =/=/м. При рас стройке же приемника или при прекращении работы станции полез ного сигнала сигнал мешающей станции не прослушивается.
Перекрестная модуляция получается, поскольку коэффициент уси ления полезного сигнала в каскаде, имеющем УП с нелинейной харак теристикой, изменяется во времени и зависит от амплитуды напряже ния мешающего сигнала, а это приводит к тому, что в каскаде проис ходит амплитудная модуляция принимаемого сигнала мешающим.
Рассмотрим перекрестную модуляцию в каскадах на лампе и поле вом транзисторе. Переменное напряжение на входе каскада склады вается из напряжений полезного и мешающего сигналов, т. е,
и = Ucc (1 + mc sin fic0sin (oct + Uо„ (1 + + т м sin Q„0 sin сом/,
109