Номер 3, страница 92 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. Как осуществляется амплитудная модуляция колебаний несущей частоты в транзисторном радиопередатчике?

Амплитудная модуляция (АМ) — это процесс изменения амплитуды высокочастотного несущего колебания в соответствии с законом изменения низкочастотного информационного (модулирующего) сигнала. В транзисторном радиопередатчике этот процесс реализуется с использованием нелинейных свойств транзистора или путем управления его коэффициентом усиления.

Рассмотрим основные элементы, участвующие в процессе:

1. Задающий генератор, который создает стабильные высокочастотные колебания — несущую частоту. Математически это синусоидальный сигнал: $u_н(t) = U_н \cos(\omega_н t)$, где $U_н$ — амплитуда, а $\omega_н$ — циклическая частота несущего колебания.
2. Источник информационного сигнала (например, микрофон), который преобразует звук в низкочастотный электрический сигнал $u_м(t)$. Этот сигнал усиливается до необходимого уровня.
3. Модулятор — каскад на транзисторе, где происходит смешение несущего и модулирующего сигналов.

Существует несколько способов осуществления амплитудной модуляции на транзисторе. Наиболее распространены коллекторная и базовая модуляция.

1. Коллекторная модуляция

Этот метод является одним из наиболее эффективных. Принцип его работы заключается в следующем:

• Высокочастотный сигнал несущей частоты подается на базу транзистора, работающего в режиме усилителя мощности (обычно в классе С).
• Низкочастотный модулирующий сигнал от усилителя звуковой частоты подается в цепь коллектора этого же транзистора, как правило, через модулирующий трансформатор.
• Модулирующий сигнал изменяет напряжение питания коллектора транзистора. Когда напряжение модулирующего сигнала положительно, оно складывается с напряжением источника питания, увеличивая общее напряжение на коллекторе. Когда оно отрицательно, общее напряжение уменьшается.
• Амплитуда выходного высокочастотного сигнала в коллекторной цепи прямо пропорциональна напряжению питания коллектора. Таким образом, амплитуда несущего колебания на выходе усилителя будет меняться в такт с изменением модулирующего (звукового) сигнала.
• В результате на выходе колебательного контура, подключенного к коллектору транзистора, формируется амплитудно-модулированный сигнал.

2. Базовая модуляция

В этом случае оба сигнала, и несущий, и модулирующий, подаются в цепь базы транзистора.

• Транзистор работает в нелинейном режиме. Это означает, что его выходной ток не является линейной функцией входного напряжения.
• На базу транзистора подается сумма двух сигналов: высокочастотного несущего и низкочастотного модулирующего. Модулирующий сигнал изменяет напряжение смещения на базе.
• Изменение смещения перемещает рабочую точку транзистора по его характеристике, что приводит к изменению коэффициента усиления для несущего сигнала.
• Когда напряжение модулирующего сигнала увеличивает смещение, усиление растет, и амплитуда несущей на выходе увеличивается. Когда напряжение уменьшается, усиление падает, и амплитуда несущей уменьшается.
• Из-за нелинейности в спектре выходного сигнала появляются, помимо исходных частот, их комбинационные составляющие (суммарные и разностные частоты). Колебательный контур в коллекторной цепи отфильтровывает нужные компоненты, формируя на выходе АМ-сигнал.

Математически итоговый амплитудно-модулированный сигнал можно описать выражением:

$u_{АМ}(t) = U_н (1 + m \cdot \cos(\Omega t)) \cos(\omega_н t)$

где $U_н$ и $\omega_н$ — начальная амплитуда и частота несущего сигнала, $\Omega$ — частота модулирующего сигнала, а $\text{m}$ — коэффициент модуляции, который показывает глубину изменения амплитуды.

Ответ: Амплитудная модуляция в транзисторном радиопередатчике осуществляется в специальном каскаде — модуляторе, построенном на транзисторе. Суть процесса заключается в изменении амплитуды высокочастотного несущего колебания под действием низкочастотного информационного сигнала. Это достигается путем управления параметрами транзисторного усилителя: либо изменением напряжения питания его коллектора (коллекторная модуляция), либо изменением напряжения смещения на его базе (базовая модуляция). В обоих случаях низкочастотный сигнал управляет коэффициентом усиления для высокочастотного несущего сигнала, в результате чего амплитуда последнего на выходе каскада изменяется в соответствии с формой информационного сигнала.