Номер 3, страница 64 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

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

3. Амплитудная модуляция (АМ) колебаний несущей частоты в транзисторном радиопередатчике осуществляется путем изменения амплитуды высокочастотных колебаний (несущей) в соответствии с законом изменения низкочастотного информационного сигнала (например, звукового). Ключевым элементом в этом процессе является транзистор, который используется в качестве управляемого усилительного элемента.

Принцип действия основан на том, что коэффициент усиления транзисторного каскада или амплитуда генерируемых им колебаний зависит от режима его работы, в частности, от напряжения питания или смещения на его электродах. Процесс модуляции происходит в специальном каскаде передатчика — модуляторе.

Рассмотрим один из самых распространенных способов – коллекторную модуляцию.

В этом случае модулирующий (информационный) сигнал низкой частоты $u_m(t)$ подается в цепь коллектора транзистора, работающего в режиме усилителя мощности или задающего генератора высокой (несущей) частоты $u_c(t)$.

Схема работает следующим образом:

1. Задающий генератор вырабатывает стабильные по частоте и амплитуде высокочастотные колебания – несущую частоту. Эти колебания подаются на вход усилителя мощности (выходного каскада передатчика), собранного на транзисторе.

2. Низкочастотный информационный сигнал (например, с микрофона), усиленный до необходимого уровня в усилителе низкой частоты (УНЧ), подается на модулятор. В случае коллекторной модуляции модулятор (часто это выходной трансформатор УНЧ) включается последовательно с источником питания в коллекторную цепь транзистора выходного каскада.

3. В результате напряжение питания на коллекторе транзистора $U_к$ изменяется в такт с модулирующим сигналом. Оно складывается из постоянного напряжения источника питания $E_к$ и переменного напряжения модулирующего сигнала $u_m(t)$: $U_к(t) = E_к + u_m(t)$.

4. Амплитуда высокочастотных колебаний на выходе транзисторного каскада прямо пропорциональна напряжению питания его коллектора. Поэтому, когда напряжение модулирующего сигнала складывается с напряжением источника питания, общее напряжение на коллекторе и, соответственно, амплитуда выходного ВЧ-сигнала растут. Когда напряжение модулирующего сигнала вычитается, амплитуда ВЧ-сигнала падает.

5. Таким образом, огибающая амплитуды высокочастотного сигнала на выходе каскада повторяет форму низкочастотного модулирующего сигнала.

Математически этот процесс можно описать так. Если несущее колебание имеет вид $u_c(t) = U_c \cos(\omega_c t)$, а модулирующий сигнал – $u_m(t) = U_m \cos(\omega_m t)$, то амплитуда несущего колебания изменяется по закону $A(t) = U_0(1 + m \cos(\omega_m t))$, где $U_0$ - амплитуда несущей при отсутствии модуляции, а $\text{m}$ – коэффициент модуляции. Результирующий амплитудно-модулированный сигнал имеет вид:

$u_{AM}(t) = U_0(1 + m \cos(\omega_m t)) \cos(\omega_c t)$

Существует также базовая модуляция, при которой модулирующий сигнал подается в цепь базы транзистора, изменяя его напряжение смещения. Это, в свою очередь, изменяет рабочую точку транзистора и его коэффициент усиления. Этот способ менее эффективен по сравнению с коллекторной модуляцией и используется в основном в маломощных передатчиках.

Ответ: В транзисторном радиопередатчике амплитудная модуляция осуществляется путем использования транзистора в качестве управляемого элемента, параметры которого (чаще всего напряжение питания коллектора или смещение базы) изменяются под действием низкочастотного информационного сигнала. Это приводит к изменению коэффициента усиления транзисторного каскада для высокочастотного несущего колебания, в результате чего амплитуда несущего колебания на выходе изменяется в соответствии с формой информационного сигнала.