Балансный модулятор
А.ПОЛЯКОВ (RA3AAE), г. Москва
Для получения амплитудномоду-лированных колебаний с подавленной несущей в технике связи обычно используют диодные балансные и кольцевые модуляторы. Они отлично работают на сравнительно низких частотах, но на частотах выше 10 МГц у таких модуляторов ухудшается точность балансировки и соответственно подавление несущей. Это обусловлено трудностью подбора диодов с идентичными характеристиками и возрастающим на ВЧ вредным шунтирующим действием емкостей диодов.
Предлагаемый балансный модулятор (Авторское свидетельство № 627560. бюллетень № 34 от 5.10.78) в значительной мере лишен этого недостатка. Он выполнен по Т-образной мостовой схеме (рис.1). Собственно Т-мост содержит симметричный высокочастотный трансформатор Т1 и два сопротивления Z1 и Z2. Они могут быть как активными, так и реактивными (индуктивными или емкостными). Коэффициент передачи (отношение выходного напряжения Uвых к напряжению, развиваемому генератором несущей G1) Т-моста равен нулю при условии Z1= =4Z2. Если сопротивление Z2 увеличить. на выходе моста Появляется напряжение, синфазное с напряжением генератора, поскольку будет преобладать ток в продольной ветви моста, содержащей Z1. Если же сопротивление Z2 уменьшить, то будет преобладать ток, текущий через левую (по схеме) половину обмотки трансформатора Т1 и поперечную ветвь - сопротивление Z2. На выходе в этом случае появится напряжение, наведенное в правой половине обмотки, и противофазное напряжению генератора. Таким образом изменяя в такт со звуковой частотой сопротивление одного из плеч моста, можно получить DSB сигнал.
Рис.1
Практическая схема модулятора, работающего на несущей частоте 28 МГц, приведена на рис. 2. Сопротивлением продольной ветви Т1 служит емкостное сопротивление конденсатора С1, а поперечной Z2 - емкостное сопротивление ва-рикапа V1. Напряжение смешения подается на варикап с подстроечного резистора R2, которым балансируют модулятор. Если у источника смещения с общим проводом соединен отрицательный вывод, то следует изменить включение варикапа на противоположное.
Рис.2
Емкость конденсатора С1 должна быть в четыре раза меньше емкости варикапа при данном напряжении смешения. Когда на варикап воздействует звуковое модулирующее напряжение, его емкость изменяется и Т-мост разбалансируется в ту или другую сторону, обеспечивая амплитудную модуляцию с подавлением несущей.
Напряжения несущей и звуковой частот подают на модулятор (генераторы G1 и G2. в принципе, могут быть включены как последовательно, так и параллельно). При этом входное сопротивление для звуковой частоты получается очень большим и достигает десятков мегаом. Благодаря этому модулятор можно подключать к любому высокоомному источнику НЧ сигнала G2, например RC фазовращателю (при конструировании фазового SSB возбудителя). Модулирующее напряжение можно подвести и по-другому: к верхнему выводу конденсатора С5, уменьшив его емкость до 1000...3000 пф во избежание завала высших звуковых частот. Входное сопротивление тогда будет равно сопротивлению резистора цепи смешения R1. Движок переменного резистора R2 следует соединить с общим проводом через конденсатор емкостью 0.1...10 мкф Входное сопротивление модулятора для генератора несущей частоты G1 значительно меньше. Оно носит емкостный характер и составляет примерно 200 Ом.
Разделительный конденсатор С2 препятствует попаданию звукового напряжения на выход модулятора. Для согласования модулятора с нагрузкой служит П-контур LIC3C4, настроенный на частоту сигнала. При номиналах конденсаторов, указанных на рис.2, модулятор хорошо согласуется с высокоомной нагрузкой (усилительным каскадом, выполненным на лампе или полевом транзисторе). Для согласования с низкоомной нагрузкой следует использовать конденсатор С4 большей емкости, добиваясь максимальной отдачи мощности промодулированного сигнала. П-контур обеспечивает хорошую фильтрацию гармоник несущей с частотами 2f, 3f и т. д. Подстраивая этот контур, можно добиться и хорошей линейности модулятора.
Нелинейные искажения при работе модулятора на активную нагрузку проявляются так: амплитуда выходного сигнала при отрицательной полуволне модулирующего напряжения (когда емкость варикапа возрастает) несколько больше, чем при положительной. Это эквивалентно появлению второй гармоники модулирующего сигнала. Возникновение искажений объясняется уменьшением внутреннего емкостного сопротивления модулятора при возрастании емкости варикапа. С ростом коэффициента модуляции т нелинейные искажения заметно увеличиваются (кривая 1 на рис. 3).
Рис.3
Соответствующая осциллограмма выходного сигнала показана на рис. 4,а.
Рис.4
Описанные искажения практически полностью устраняются при небольшой расстройке выходного контура вверх по частоте. когда его сопротивление приобретает индуктивный характер. При дальнейшей расстройке появляются аналогичные искажения (но уменьшается уже другая полуволна модулированного сигнала). Таким образом, подстраивая контур конденсатором СЗ, можно добиться очень малых нелинейных искажений (кривая 2 на рис. 3 и осциллограмма на рис. 4, б). При правильно настроенном контуре мгновенное значение коэффициента гармоник в худшем случае (амплитуда НЧ сигнала такова, что коэффициент модуляции т соответствует максимуму кривой 2 на рис. 3) не превышает 2...3%. Балансировка модулятора при подстройке контура не нарушается. В модуляторе можно применить варикап любого типа с номинальной емкостью не менее 30 пФ. Трансформатор Т1 намотан на .кольцевом сердечнике (типоразмер К8x4x2) из феррита М100НН и содержит 2х10 витков провода ПЭЛШО 0,25. Можно использовать и другие ферритовые кольцевые сердечники с проницаемостью от 30 до 400. Обе половины обмотки трансформатора наматывают одновременно двумя сложенными вместе проводами. Затем начало одного из них соединяют с концом другого, образуя средний вывод. Катушка LI содержит 20 витков такого же провода, намотанного на цилиндрическом каркасе (трубочке) диаметром 6 мм.
Настройка модулятора несложна. Установив напряжение смещения на движке подстроечного резистора R2 около 6 В, грубо балансируют модулятор конденсатором С1 до минимуму сигнала несущей на выходе. Точная балансировка достигается подстройкой резистора R2. Затем, подав низкочастотный сигнал, наблюдают с помощью высокочастотного осциллографа форму выходного напряжения (см. рис. 4) на конденсаторе С4 я подстраивают выходной П-контур по максимуму амплитуды и минимуму искажений. Настроить модулятор можно и без осциллографа, прослушивая сигнал на связной приемник. Но и в этом случае подстройка элементов С1 и R2 ведется по минимуму несущей, а СЗ - по наилучшему качеству и громкости сигнала.
Экспериментальная проверка модулятора производилась на частоте несущей 28 МГц. Амплитуда напряжения несущей частоты составляла 1 В, а низкочастотного сигнала - 4В. При этом была получена амплитуда выходного сигнала 0,35 В при подавлении несушей, по крайней мере на 30 дБ (минимальное значение, которое мог зарегистрировать автор своей измерительной аппаратурой).
В заключение необходимо отметить, что модулятор можно использовать для получения не только DSB сигнала, но и обычного амплитудномодулированного, сильно разбалансировав его конденсатором С1 и. таким образом, восстановив несущую. В этом случае можно получить очень глубокую AM (практически 100%) с малыми искажениями.
(Радио 9-81)