рис. 7-3, существует много других разновидностей модуляторов, изготовленных в виде монолитных интегральных схем. На рис. 7-9 приведен другой вариант схемы модулятора, который имеет такие же основные характеристики, как и вариант, выполненный только на биполярных транзисторах. В схеме рис. 7-9 полевой транзистор с управляющим р-п переходом Гз периодически включается и вьпслючается и используется в качестве управляемого напряжением ключа между эмиттерами транзисторов Ti и Гг. В балансной схеме, в которой параметры транзисторов Т и Гг хорощо согласованы, постоянное напряжение между истоком и стоком транзистора Гз пренебрежимо мало. В результате коммутирующий сигнал Ui{t) практически не влияет на величину напряжений и токов смещения в схеме. Если на затвор полевого транзистора подается достаточно большой управляющий сигнал, амплитуда которого больше напряжения отсечки t/oTc полевого транзистора, выходное напряжение модулятора описывается выражением

«вых (О =«2 (О 5.(0, (7-35)

-о сз-1

Рис. 7-8. Приближенная эквивалентная схема балансного модулятора.

Рис. 7-9. Другая разновидность схемы балансного модулятора.

которое аналогично Быраженик> (7-33). Входящее в это выражение сопротивление 7?ис является сопротивлением между истоком и стоком полевого транзистора в состоянии «включено». Обычно это сопротивление значительно больше динамического сопротивления эмиттера транзистора Т или Гг.

По сравнению с модулятором рис. 7-3, содержащим только биполярные транзисторы, балансный модулятор, приведенный на рис. 7-9, имеет более простую схему. Однако его существенным недостатком является необходимость использования управляющего напряжения более высокого уровня, поскольку

иоТС Ыт

Основным свойством балансного-модулятора является способность подавлять на выходе один из входных сигналов в случае отсутствия второго входного сигнала. Это свойство модулятора называется подавлением несущей или подавлением нуля. В (реальных схемах вследствие различия параметров элементов, которое имеет место даже в интегральных схемах, возникает разбаланс схемы, который приводит к ухудшению свойств модулятора. Например, если в схеме рис. 7-3 имеется различие параметров транзисторов, которое может быть представлено в виде эквивалентных на-

пряжений смещения Е(ц и Eoz на со-.отБетствующих входах, то при £01 <С -С С/т выходной сигнал модулятора может быть представлен в виде

(0= «ДО 5,(0 +

. (7-36)

В выражении (7-36) два последних члена представляют собой так называемые сигналы просачивания на выход несущей и модулирующего сигнала вследствие разбаланса схемы. В интегральных микросхемах параметры и характеристики элементов согласованы значительно лучще, чем в соответствующих отдельных элементах. Поэтому коэффициент подавления в интегральных балансных модуляторах, выполненных по схеме рис. 7-3, может превосходить 50 дБ.

7-6. ПРИМЕНЕНИЕ БАЛАНСНЫХ МОДУЛЯТОРОВ

Балансные модуляторы, щироко применяемые в системах аналоговой связи и устройствах преобразования частоты, непосредственно предназначены для формирования ампли-тудно-модулированных (AM) сигналов. Кроме того, они могут быть использованы для автоматического регулирования усиления, умножения частоты, фазового детектирования, синхронной AM и ЧМ демодуляции, а также в частотных дискриминаторах. Как показано в предыдущих параграфах, в большинстве случаев на вход несущей подается сигнал довольно высокого уровня. Поэтому такой модулятор функционально эквивалентен нескольким синхронным ключам и обеспечивает эффектив-*ную коммутацию модулирующего сигнала. В результате на его выходе появляется напряжение, которое описывается выражением (7-33). В общем случае, обозначив модулирующую и несущую составляющие индексами «м» и «н» соответствен-

но, выходное напряжение можно представить в виде

«вых(0=1«м(05н(0- (7-37)

В выражении (7-37) Ki - коэффициент передачи модулятора, а Он (/) представляет собой симметричную прямоугольную волну единичной амплитуды, которая показана на рис. 7-7 и частота первой гармоники которой равна частоте несущей Ин. Используя разложение в ряд Фурье, Sh(0 можно представить в виде суммы членов бесконечного гармонического ряда, частоты которых кратны частоте несущей Ин:

5н (О = 2

в котором коэффициенты Фурье вычисляются по формуле

(7-39)

В большинстве случаев использования высшие гармоники Su(t) могут быть отфильтрованы при помощи фильтра нижних частот, подключенного к выходу модулятора, как .показано на рис. 7-10. Если полоса пропускания фильтра нижних частот выбрана примерно равной частоте несущей Ин, выходной сигнал системы «модулятор - фильтр» приближенно описывается выражением

«вых (О (cos со„) (cos mJ).

(7-40)

В результате преобразования тригонометрических функций выражение (7-40) можно представить в виде

Йвых (О = [cos (шн + ш„) -f

-- cos ((Вн - озч)]. (7-41)

Из выражения (7-41) следует, что в выходном напряжении модулятора данного типа не содержится составляющей несущей частоты. Напротив, вся энергия выходного сиг-

МоЗулирующвв напряжение

Выходной модулированный сигнал

ВшгЛ)=

Рис. 7-10. Применение ФНЧ для подавления высокочастотных гармоник в выходном сигнале модулятора.

нала сконцентрирована в двух гармониках, имеющих частоты ((йн-f -fcuM) и (ин-Им), которые называются соответственно верхней и нижней боковыми частотами. Поскольку в выходном сигнале .модуляторов рассматриваемого типа отсутствует составляющая несущей частоты, модуляция, осуществляемая с их помощью, называется модуляцией с подавлением несущей. Это свойство таких модуляторов обусловлено отсутствием сигнала на выходе балансного модулятора при отсутствии сигнала на одном из его входов, о чем шла речь в предыдущем параграфе.

Если модулирующий сигнал содержит постоянную составляющую

uAt) = Uu{\+mcos(i>t), (7-42)

и,cosul„t -

cosy

входное амлмитддно-тдумироваииое иапряжЕиие

ивмодулированное напряжение несущей

выховное вдмодулироваиное тпрлжеиие

Рис. 7-11. Примеры применения балансных модуляторов.

о - фазовое детектирование; б - удвоение частоты; в - синхронное AM детектирование.

выходной сигнал имеет вид:

«вых (0= Ueux [cos СНн -\- ~ COS (снн +

+ (Вм) +COS (сни - снм)

, (7-43)

Т. е. представляет собой обычный AM -сигнал. Он содержит составляющую несущей частоты Ин и, кроме того, две симметрично расположенные боковые составляющие, имеющие частоты (ин±о)м). Коэффициент т, который называется показателем глубины модуляции, может изменяться в пределах от О до 1.

Кроме амплитудной модуляции, балансные модуляторы, схемы которых изображены на рис. 7-3 и 7-9 могут быть использованы для решения ряда других задач.

Некоторые из них показаны на рис. 7-11. Если на входы модулятора поданы переменные напряжения одной и той же частоты, но имеющие сдвиг по фазе на угол ф, как показано на рис. 1-\\,а, выходное напряжение модулятора может быть записано в виде

Ивых {f) = = [cos (2 (Во -f <р) + COS (f ].

(7-44)

Переменная составляющая в выражении (7-44), частота которой равна удвоенной частоте несущей, может быть легко отфильтрована фильтром нижних частот. Тогда на выходе фильтра появляется только постоянная составляющая, которая