Amplitude-modulatie
Voorbeeldschakeling
AM
Servers » TechTalk » Historisch perspectief » Audio » Radio » AM » zender met één transistor

Voorbeeldschakeling van een getransistoriseerde AM zender.
-

-


Modulatie door middel van een transistor


Afgestemde emitterkring


Afgestemde collectorkring
De ferrietstaaf dient als zendantenne


Skoopbeeld
schakeling met 1 transistor
We hebben in de inleiding besproken hoe de modulatie kan gebeuren door middel van de kromme karakteristiek van een diode (inleiding amplitude modulatie). Dankzij de diode worden twee signalen die gesuperponeerd worden ook effektief met elkaar gemengd waardoor er modulatie van het ene signaal door het andere ontstaat.

Maar ook een transistor heeft een niet lineaire karakteristiek (het bestaat uit twee diodes). Concreet gebruiken we de niet-lineaire caracteristiek van de emitter-basis diode, waardoor er een niet-proportionele stroom door de junktie gaat lopen. De transistor versterkt lineair de emitter-basisstroom: dit vormt de collectorstroom. Een transistor heeft eigenlijk ook twee ingangen, je kan een spanning op de basis of de emitter aanleggen.

Het voordeel van de transistor is zijn eigen versterking, maar ook zijn twee ingangen, waardoor beide signalen elkaar minder storen (kruismodulatie).

We leggen het audiosignaal aan de basis en de modulatie aan de emitter. Waarom niet omgekeerd? Het kan ook, maar de schakeling zal beter werken met de modulatie op de emitter. De transistor heeft namelijk een relatief hoge inwendige capaciteit tussen basis en collector (zeker bij vermogenstransistoren). Deze capaciteit vormt bijna een kortsluiting tussen base (ingang van het hoogfrekwent signaal) en collector (uitgang). Bij de veel lagere audiofrekwenties speelt de capaciteit niet zo'n grote rol.

We bespreken dus de schakeling:

  • Massa en voedingsspanning (bijvoorbeeld 12V)

  • Audio ingang op de basis (paars), dit kan bijvoorbeeld het koptelefoonsignaal van een MP-3 speler zijn, waarbij beide ingangen (R en L) opgeteld worden door middel van twee weerstanden van 15Ω.

  • Radiofrekwente ingang op de emitter (groen), zie lager voor meer details

  • Voor de correcte polarisatie gebruiken we een emitterweerstand van 1kΩ. Deze weerstand zal het gelijkspanningswerkpunt stabiliseren. De weerstand is met een condensator van 10nF overbrugd, de waarde ervan kan gebracht worden naar 10µF indien de modulatie door het audiosignaal onvoldoende is.

  • In de emitterkring hebben we ook nog een afgestemde kring. Deze zorgt voor een meer lineaire werking door harmonischen van de draaggolf te onderdrukken. Voor de laagfrekwente signalen gedraagt de spoel zich als een kortsluiting.

    Door het laagohmig pad tussen emitter en massa gedraagt de schakeling zich als een schakeling met gemeenschappelijke emitter voor het audiosignaal.

  • De polarisatie gebeurt op klassieke wijze met twee weestanden, één van 5.6kΩ naar massa en één van 6.8kΩ naar de voedingsspanning.

  • Dan hebben we nog een condensator van 1nF tussen basis en massa.
    Die condensator vormt een kortsluiting voor het RF signaal en zorgt ervoor dat de transistor als een schakeling met gemeenschappelijke basis werkt voor de draaggolf.

  • De uitgang is in feite een ferrietstaaf, waarvan we een afgestemde kring maken door een extra condensator te voorzien. Danzij de afgestemde kring worden de harmonischen beter onderdrukt. De harmonische ontstaan altijd bij de modulatie en die moeten onderdrukt worden, anders zou de zender werken op 1MHz (grondfrekwentie), maar ook op 2MHz, 3MHz, enz.
Deze schakeling werkt perfekt: met een voedingsspanning van 12V hebben we een zendvermogen van 20mW. Met een kleine 2N2222A kan men de voedingsspanning opvoeren tot 24V (de transistor moet dan wel een kleine koelplaat krijgen).

Onze transistor versterkt alles, dus het audiosignaal, de draaggolf en de mengprodukten. Deze componenten zou je tegenkomen als je de stroom door de collector zou meten. Het audiosignaal wordt echter kortgesloten door de spoel van de ferrietstaaf en verdwijnt. De draaggolf hebben we nodig bij AM (de draaggolf wordt onderdrukt bij bepaalde toepassingen (SSB: single side band) omdat die geen "informatie" overbrengt en enkel vermogen verbruikt). Het is om de mengprodukten te doen.

Door een zorgvuldige keuze van de transistorinstelling kan men een versterking > 1 bekomen (de gemoduleerde draaggolf heeft een amplitude groter dan de draaggolf).

Vanwaar komt eigenlijk het RF signaal (radiofrekwent)?
We kunnen een goedkope kristaloscillator van 1MHz in de vorm van een module kopen. Met deze frekwentie zitten we midden in de middengolfband. Deze kleine modules werken op 5V en leveren een TTL-compatibele uitgangssignaal. De afgestemde kring in de emitter van onze transistormodulator zorgt ervoor dat van de blokgolf een sinussignaal gemaakt wordt. De ingangsweerstand moet instelbaar zijn.

Opgelet, de waarden in de schema met transistor zijn berekend voor een frekwentie van 630kHz en de condensatoren van de afstemkringen moeten in waarde verlaagd worden.

Nadelen van de transistor-modulatie

Het skoopbeeld rechts toont ons de omhullende (gemoduleerde draaggolf). De modulatie is niet echt lineair, zelfs al is de modulatiediepte maar gemiddeld. De vervorming zal nog verder toenemen bij stijgende modulatie. Men merkt ook een faseverschuiving tussen audiosignaal en antennesignaal, de reden wordt later duidelijk.

In het rood het gedemoduleerd signaal. De vervormingen van het audiosignaal vallen niet echt op omdat dit harmonischen zijn. Door de beperkte bandbreedte van de ontvanger worden deze harmonischen weggefilterd in de eerste audiotrap.

De niet-lineaire karakteristiek van de junktie (die ervoor zorgt dat er een modulatie gebeurt) heeft ook als gevolg dat het signaal vervormd wordt als men de modulatiediepte verhoogt. Dit is zeker het geval als de transistor die voor de modulatie zorgt als eindtransistor gebruikt wordt. Men kan een meer lineair verloop bekomen door ofwel de modulatiediepte te beperken, ofwel door het zendvermogen nog meer te beperken, maar kan is het bereik echt onvoldoende.

De modulatie door middel van een transistor wordt enkel gebruikt bij zeer lage vermogens, bijvoorbeeld de mengtrap in een super-heterodyne ontvanger. In deze mengtrap ontstaan er verschilprodukten (midden frekwent signaal) die verder versterkt worden. De mengtrap is ook een soort modulator, met het versterkte antennesignaal op één ingang en het signaal van een lokale oscillator op een andere ingang.

Een schakeling waarbij je een hogere modulatiediepte kan bereiken staat op deze pagina: am zender met voedingsspanning-modulatie.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's