Рис. 10.29. Синхронизация мультивибратора:

_{а — несинхронизированное колебание; б — синхронизирующее колебание; в — вынужденное (синхронизированное) колебание}

Для уменьшения частоты повторения импульсов можно использовать триггеры. Триггер, возбуждаемый последовательностью импульсов, дает на выходе прямоугольное колебание, частота которого в 2 раза меньше частоты повторения импульсов. Это соответствует делению частоты на 2. Если выходное колебание такого триггера подать на следующий, то суммарно два триггера обеспечивают деление в отношении 2·2·2:1 и т. д.

Операционные усилители (см. гл. 7) могут применяться как для генерирования несинусоидальных колебаний, так и для их формирования. Для этого используются операционные усилители в виде интегральных микросхем. Имеются, однако, интегральные микросхемы, содержащие триггеры и другие схемы, используемые в цифровой технике и допускающие более простую реализацию сложных схем.

Модуляция — это процесс изменения во времени выбранной характеристической величины одного переменного электрического колебания, называемого модулируемым, под влиянием второго колебания, называемого модулирующим.

Непосредственная передача информации, например по проводам, не всегда возможна и рациональна. Передача информации с помощью электромагнитных волн возможна только в диапазоне высоких частот, в котором энергия может излучаться с большей эффективностью. Для устранения взаимных помех при передаче на расстояние по радио или по проводам большого объема информации, в частности телефонной, существует необходимость переноса ее из занимаемого низкочастотного диапазона частот (звуковых) в диапазон высоких частот.

Модуляция предназначена для переноса информации, содержащейся в некотором диапазоне частот, в другой частотный диапазон и в связи с этим является основным процессом в области передачи сигналов, особенно с помощью электромагнитных волн.

Колебание, с помощью которого передается сигнал, носит название несущего колебания или несущей частоты. В процессе модуляции на несущую накладывается модулирующее колебание, содержащее передаваемую информацию.

Существует несколько основных видов модуляции. Перед тем как их определить, следует обратить внимание на то, что несущее колебание, подвергаемое процессу модуляции, является синусоидальным колебанием, которое можно записать в следующем виде:

u = A·cos(ωt + θ)

где А — амплитуда несущего колебания; ω = 2πft — круговая частота несущего колебания; θ — фазовый угол.

Модулирующий сигнал, содержащий информацию, может изменять каждую из этих величии таким способом, который отражает его мгновенное значение. В том случае, когда амплитуда несущего колебания изменяется пропорционально модулирующему сигналу, имеем дело с амплитудной модуляцией. Если пропорционально сигналу изменяется частота f несущего колебания, то говорят о частотной модуляции. И, наконец, если пропорционально сигналу изменяется фазовый угол θ несущего колебания, имеет место фазовая модуляция. Два последних вида модуляции (частотную и фазовую) определяют иногда общим названием — угловая модуляция.

Все указанные виды модуляции относятся к непрерывной модуляции. Кроме того, существует возможность дискретизации модулирующего сигнала путем создания импульсов, которые содержат информаций, соответствующую модулирующему сигналу. Этим импульсом можно модулировать величины А или «несущего колебания. При этом будем иметь дело со многими системами импульсной модуляции.

Следует еще упомянуть, что для каждого вида модуляции всегда очень важным вопросом с практической точки зрения является сохранение лишь одного вида модуляции. Если несущее колебание одновременно модулируется по амплитуде и фазе, то один из этих видов модуляции рассматривается как паразитный.

При амплитудной модуляции амплитуда несущего колебания А изменяется пропорционально модулирующему сигналу. На рис. 11.1 показаны три колебания — несущее, модулирующее и модулированное. Видно, что в модулированном колебании огибающая выходного сигнала идентична модулирующему сигналу. Характерно то, что, когда огибающая увеличивается в положительном направлении, одновременно она увеличивается и в отрицательном. Амплитуда огибающей является долей амплитуды несущего колебания. Эта доля, обозначаемая буквой m, обычно выражена в процентах и называется коэффициентом глубины модуляции или просто глубиной модуляции. Глубина модуляции может изменяться от 0 до 100 %. Если m больше 100 %, то модулированное колебание сильно искажено.

Рис. 11.1. Амплитудная модуляция:

_{а — не модулированное несущее колебание; б — модулирующий сигнал; в — амплитудно-модулированное колебание}

Если несущее колебание промодулировано косинусоидальным сигналом, мгновенное значение модулированного колебания можно записать в следующем виде:

u = (1 + m·cos Ωt)·A·cos ωt

в котором m — глубина модуляции; А — амплитуда несущего колебания; Ω — круговая частота модулирующего сигнала; ω — круговая частота несущего колебания.

Преобразуем это уравнение

Три полученные составляющие определяют спектр модулированного сигнала.

Первая составляющая является несущим колебанием с частотой ω, вторая составляющая с амплитудой m·А/2 и частотой ω + Ω — верхняя боковая полоса, а третья составляющая с амплитудой m·А/2 и частотой ω — Ω — нижняя боковая полоса. Если, например, частота несущего колебания составляет 200, а частота модулирующего сигнала 1 кГц, то спектр модулированного сигнала состоит из трех частот: 200 кГц, 200 — 1 = 199 кГц и 200 + 1 = 201 кГц.

Из рис. 11.2 видно, что модулирующий сигнал с частотой 1 кГц перенесен в полосу несущей 200 кГц и информация в модулированном сигнале содержится в двух боковых полосах, расположенных симметрично относительно несущего колебания. Одновременно можно сделать вывод, что ширина полосы, занимаемой амплитудно-модулированным сигналом, равна удвоенной частоте модулирующего сигнала.

Рис. 11.2. Частотный спектр амплитудно-модулированного сигнала:

_{1 — несущая частота; 2 — нижняя боковая; 3 — верхняя боковая частота}

Следует подчеркнуть, что существование боковых полос не является результатом математического анализа, вытекающего из преобразования выражения для модулированного сигнала, а имеет реальную физическую интерпретацию. С помощью соответствующих фильтров можно выделить отдельные составляющие спектра, так же как, располагая такими составляющими, можно составить колебание, соответствующее модулированному колебанию.