Частотная модуляция

Пример 8.33. Усилитель выполнен по схеме 8.1,6 на ОУ типа К544УД2 с /i = 15 МГц. Сопротивление резисторов RBI = = 27 кОм, RB2 = 820 кОм. Определить верхнюю граничную частоту fPF усилителя при условии, что в схеме выполнена внутренняя частотная коррекция ( 8.4, а).

4. Что такое частотная коррекция операционного усилителя?

Такому схемотехническому построению с теми или иными изменениями либо дополнениями соответствует большинство ИМС ОУ общего применения. Так, в ИМС К553УД2 отсутствует внутренняя частотная коррекция, а входной каскад реализован на двухколлекторных транзисторах (для увеличения частоты единичного усиления). Использование во входном каскаде пары согласованных полевых транзисторов позволяет существенно уменьшить входные токи ОУ (до 10~9А). Такие ОУ, например К544УД1, обладают входным сопротивлением /?вх— 10"-МО Ом. Кроме того, полевые транзисторы позволяют подавать большие дифференциальные входные напряжения (на уровне единиц вольт), что расширяет область их применения.

Если двухкаскадный ОУ охватить отрицательной ОС, то на частоте единичного усиления, когда фазовый сдвиг будет равен —180°, может возникнуть положительная ОС, которая приведет к самовозбуждению ОУ. В трех-каскадном ОУ самовозбуждение может наступить на частоте, меньшей частоты единичного усиления, так как предельный фазовый сдвиг этого ОУ —270 °. В связи с этим в трехкаскадных ОУ имеется большая опасность самовозбуждения, чем в двухкаскадных, и требуется частотная коррекция АЧХ. Поэтому среди интегральных ОУ в основном получили распространение двухкаскад-ные. Оконечный каскад ОУ, который выполняется в виде двухтактного эмиттерного повторителя и не усиливает напряжение, не принимается за усилительный каскад [7].

Частотная коррекция

Частотная коррекция обычно осуществляется с помощью подключения-конденсаторов и резисторов к соответствующим зажимам ОУ. Назначение частотной коррекции — исключить возникновение автоколебаний выходного сигнала при охвате усилителя цепью отрицательной обратной связи (ООС). Условие возникновения автоколебаний — наличие коэффициента усиления по замкнутому контуру (петлевого усиления), превышающего единицу на такой частоте, на которой сдвиг фаз по замкнутому контуру равен 2kp (k=0; 1; 2; ...).

Схемы замещения ОУ, приведенные на 8.3, можно использовать для расчета схем с ОУ в статическом режиме, однако для анализа динамических свойств ОУ они непригодны. В интегральных ОУ для обеспечения устойчивости в широкой полосе частот используется частотная коррекция усиления, которая обеспечивает снижение усиления с ростом частоты. Обычно эта частотная коррекция представляет собой интегрирующее звено, у которого коэффициент усиления обратно пропорционален частоте. Схема замещения ОУ с учетом частотной коррекции приведена на 8.4 а. Она содержит входной дифференциальный каскад с коэффициентом передачи Klt который преобразует входной дифференциальный сигнал в выходной ток, поступающий на интегрирурующее звено с коэффициентом передачи К2. Выходной каскад с коэффициентом передачи Л"3 является усилителем мощности и обычно представляет собой повторитель напряжения. Упрощенная принципиальная схема такого ОУ приведена на 8.46.

Выход УСОф (частотная коррекция)

• частотная коррекция усилителя сигнала ошибки выполняется элементами RK, CK, подключенными между выводами 2 и 3 ИМС;

Частотная коррекция ОУ бывает внутренней и внешней и предотвращает генерацию усилителя на высоких частотах при охвате его цепью отрицательной обратной связи. Цепи коррекции снижают коэффициент усиления ОУ на той частоте, на которой фазовый сдвиг в замкнутом контуре равен 360°, или уменьшают фазовый сдвиг на тех частотах, на которых коэффициент усиления в замкнутом контуре больше единицы. Из усилителей, имеющих внутреннюю коррекцию, следует отметить К140УД6, К140УД7, К140УД8, К140УД21, К140УД22, КЛ40УД23, К140УД24, К544УД1. Внутренняя коррекция облегчает применение усилителей, хотя в некоторых случаях не дает возможности полнее использовать динамические свойства ОУ.

ЧАСТОТНАЯ КОРРЕКЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Технические данные. Многоканальная аппаратура тонального телеграфирования ТТ-17ПЗ предназначена для вторичного уплотнения стандартных каналов ТЧ. С помощью частотного способа деления в одном четырехпроводном канале ТЧ организуется 17 дуплексных «прозрачных» телеграфных каналов с допустимой скоростью модуляции 75 Бод. В аппаратуре использована частотная модуляция. Согласно методике, изложенной в § 2.2, ширина одного канала ТТ выбрана Af=140 Гц, девиация частоты Af= =50 Гц, ширина полосы расфильтровки А1ррас=40 Гц. Соответственно расстояние между соседними несущими 2/70= 180 Гц. Номинальные значения несущих /Нес, выбранных в соответствии с (2.11), и характеристических частот /Верх и /ниж каналов ТТ-17ПЗ приведены в табл 5.1.

Технические данные. Многоканальная аппаратура тонального телеграфирования ТТ-48 предназначена для вторичного уплотнения стандартных каналов ТЧ. С помощью частотного деления аппаратура позволяет организовать в одном канале ТЧ: либо 24 канала с допустимой скоростью модуляции 50 Вод; либо 12 каналов с допустимой скоростью модуляции 100 Бод; либр 6 каналов с допустимой скоростью модуляции 200 Бод. В аппаратуре ТТ-48 используется частотная модуляция; каналы — «прозрачные». Рас-

В аппаратуре ТТ-12 использована частотная модуляция, каналы — «прозрачные». Нумерация каналов, несущие частоты, расстояние между ними и значения девиаций полностью соответствуют аналогичным параметрам аппаратуры ТТ-48.

В современных вещательных ТВС применяется амплитудная модуляция видеосигналами изображения и частотная модуляция звуковыми сигналами. При этом при амплитудной модуляции полностью излучается лишь верхняя боковая полоса, а нижняя почти полностью подавляется в целях сужения полосы частот. Это нарушение спектра почти не сказывается на качестве изображения.

В 1936—1937 гг. успешно развиваются новые методы модуляции и детектирования. Наряду с ранее освоенной амплитудной модуляцией предложена частотная модуляция. При этом существенный вклад в развитие теории и техники внесли многие отечественные ученые.

ЧМ — частотная модуляция

верхней боковой полосы, а также для уменьшения перекрестных помех яркость — цветность в системе СЕКАМ приняты следующие меры [24]: последовательная чересстрочная передача цветоразност-ных сигналов, инвертирование цветоразностного сигнала U'R_Y, предыскажение цветоразностных сигналов (НЧ предыскажение), частотная модуляция для передачи цветоразностных сигналов, выбор разных значений поднесущей /oft и f0/j для передачи цветоразностных сигналов (D'R и D'B), уменьшение девиации частоты для передачи сигнала D'B, использование схемы ФАПЧ в блоке ЧМ генератора и принудительная установка начальной фазы этого генератора, коммутация фазы поднесущей, предыскажение сигнала цветности (ВЧ предыскажение), ослабление (в зависимости от характера изображения) уровня ВЧ составляющих в спектре сигнала яркости.

Рассмотрим более подробно построение модуляторов и демодуляторов для передачи ТВ программ по РРЛ ( 5.14). Как правило, совместно с ТВ сигналом предусматривается передача двух сигналов звукового сопровождения (на двух языках) и двух независимых сигналов звукового вещания (3В). Это удобно, поскольку сигналы 3В, выделяемые на УРС или ОРС, подаются затем на передатчики УКВ ЧМ радиостанций, антенны которых крепятся на тех же опорах, что и антенны УРС (ОРС). Уплотнение ТВ сигнала и сигналов ЗС и 3В производится по частоте путем модуляции звуковыми сигналами соответствующих поднесущих частот, расположенных вне спектра ТВ сигнала ( 5.14, б). Обычно используются поднесущие частоты 7—8 МГц, модулированные звуковыми сигналами по частоте (ЧМ) с девиацией частоты ±150 кГц. Для автоматического управления и контроля ПРС в групповой сигнал ТВ канала вводится также пилот-сигнал (ПС) на поднесущей частоте примерно 8,5 МГц. Частотная модуляция поднесущих сигналами ЗС и 3В производится в модуляторах 13 и 14, пилот-сигнал формируется генератором 15 ( 5.14, а). ТВ сигнал в блоке / корректируется (для устранения искажений АЧХ и ХГВЗ, вносимых предыдущим участком), усиливается и подвергается предыскажениям. АЧХ предыскажающего устройства &Пр(/) (см. 5.14, в, кривая /) такова, что НЧ компоненты ТВ сигнала уменьшаются примерно на 14,5 дБ по сравнению с ВЧ компонентами. Предыскажение позволяет отказаться от схем восстановления постоянной составляющей, делает ТВ сигнал практически симметричным относительно оси времени и позволяет подавать его на типовые модуляторы, рассчитанные на групповой многоканальный сигнал телефонии. Кроме чисто эксплуатационных удобств, предыскажение значительно уменьшает переходные помехи из ТВ канала в каналы звукового сопровождения и вещания (примерно на 15—20 дБ), а также из канала яркости в канал цветности. На стороне приема (после демодулятора) предыскажение компенсируется с помощью восстанавливающего корректора, АЧХ которого показана на 5.14, в (кривая 2). В отличие от ряда других случаев исполь-

При построении СЛС используются основные идеи и принципы, реализуемые в РРЛ: 1) передача ТВ сигнала осуществляется совместно с сигналами ЗС и 3В, которые передаются на поднесущих частотах 7—8 МГц с помощью частотной модуляции; 2) применяется частотная модуляция групповым телевизионным сигналом промежуточной частоты fnp=70 (или 140) МГц, которая затем преобразуется в высокочастотную область спектра; 3) для повышения помехозащищенности на стороне передачи используется предыскажение ТВ сигнала и сигналов ЗС и 3В, на приемной стороне производится их восстановление (коррекция).

Параметрическая частотная модуляция может быть осуществлена с помощью так называемого конденсаторного микрофона, представляющего собой параметрическую емкость. В этом конденсаторе мембрана является одной из обкладок воздушного конденсатора. Поэтому при изменении акустического давления соответственно меняется и емкость конденсатора. Если в схеме 3. 39, б вместо телеграфного ключа и емкости С0 поставить конденсаторный микрофон, то частота генератора будет меняться в соответствии с изменением емкости, т. е. будет получен телефонный ЧМ-сигнал.

Частотная модуляция применяется для УКВ радиовещательных станций, для звукового сопровождения телевидения и в ряде других случаев. Она характеризуется малыми искажениями и высокой помехоустойчивостью.