Содержание

Главная >> Колебания и волны. Физика 11 кл. Мякишев

Глава 5. Электромагнитные волны

§ 5.10. Амплитудная модуляция (окончание)

Коэффициент k называется глубиной модуляции; при k = 0 модуляция отсутствует. Максимальные значения амплитуды колебаний силы тока в контуре 1_mаx = I_m0(1 + k), а минимальные значения равны I_min = I_m0(1 - k). Поэтому глубина модуляции

Глубина модуляции определяется амплитудой колебаний силы тока в цепи модулятора.

Изменение силы тока в контуре генератора с течением времени в соответствии с выражением (5.10.2) запишется так:

i₂ = I_m0(1 + k sin Ωt) sin ω.                     (5.10.4)

Так как частота модуляции Ω << ω, то амплитудно-модули- рованные колебания можно приближенно рассматривать как гармонические колебания с периодически медленно меняющейся амплитудой (рис. 5.27, в). Временну́ю развертку модулированных колебаний можно наблюдать на экране осциллографа, если подать на него напряжение с контура генератора.

Частотный спектр модулированных колебаний

Очень существенно, что при модуляции меняется частотный спектр колебаний. Модулированные колебания — это не просто наложение гармонических колебаний с различными частотами ω и Ω. Сейчас мы это увидим.

Вспомним известную из тригонометрии формулу для произведения синусов:

Учитывая это, вместо выражения (5.10.4) получим

Амплитудно-модулированное колебание в нашем простом случае представляет собой сумму трех гармонических колебаний, происходящих с частотами ω, ω + Ω и ω - Ω. Наряду с колебаниями несущей частоты появились дополнительные колебания с частотами ω + Ω и ω - Ω, называемыми боковыми частотами. Амплитуды колебаний верхней (ω + Ω) и нижней (ω - Ω) боковых частот одинаковы и определяются глубиной модуляции. На рисунке 5.28 представлен спектр модулированных колебании. Преобразование колебаний, связанное с появлением новых частот колебаний, называется нелинейным. Модуляция — нелинейный процесс; она осуществляется с помощью устройства, вольт-амперная характеристика которого нелинейна.

При передаче речи и музыки модулированные колебания имеют сложный спектральный состав. Вместо двух боковых частот ω + Ω и ω - Ω. возникают боковые полосы частот (рис. 5.29). И эти полосы тем шире, чем больше информации содержится в передаваемом сообщении.

Чтобы передаваемая информация не искажалась, необходимы передача и прием всей полосы частот. Поэтому несущие частоты радиостанций не должны быть близки друг к другу. Иначе полосы частот, на которых работают станции, перекрываются, и станции мешают друг другу. Особенно широкую полосу частот имеет видеосигнал телевизора (см. § 5.16). В нашей стране ширина видеосигнала 6 МГц. Из-за этого несущая частота телевизионного сигнала должна быть очень большой. Иначе один телевизионный передатчик перекроет весь диапазон используемых для радиосвязи частот.

Сужения частотного спектра достигают передачей одной лишь боковой полосы частот. (Телевидение нашей страны использует верхнюю полосу частот.) Вся необходимая информация содержится в этой полосе.

Другие виды модуляции

Амплитудная модуляция является наиболее простой и широко применяется в радиовещании. Видеосигнал телевизора также получают с помощью амплитудной модуляции.

Частотную модуляцию сложно осуществить технически и частотно-модулированный сигнал занимает большую полосу частот, чем амплитудно-модулированный. Но зато частотно-модулированный сигнал менее чувствителен к разного рода помехам, искажающим передаваемую информацию. Поэтому частотная модуляция используется для передачи в диапазоне УКВ, где на каждую станцию может быть выделена достаточно большая полоса частот (в 15—20 раз большая, чем в диапазоне средних и длинных волн). Звуковое сопровождение телевизионных передач также использует частотную модуляцию.

<<< К началу параграфа