キャリア周波数・アナログ乗算式ベースAM変調方式(仮名称)の基礎計算実験

キャリア周波数・アナログ乗算式ベースAM変調方式(仮名称)の基礎計算実験

従来方式によるベース変調方式では、出力電圧が無変調になる不具合現象が出ることは、

・実機

・LTspice計算

・数式による計算

について既に示した。

ここでは、こうした従来方式によるベース変調方式をどこまで変調動作特性を改良できるか、BJTトランジスタ１石に条件を限定してアナログ乗算器の特性を引き出せるか、LTspiceのシミュレーション計算で見積もった。

方式の変更：

・TRのベース側に、DC電圧源で底上げしたベースバンドAF信号を入力する。

・TR側のコレクタ側に、キャリア周波数となるRFサイン波を入力する。

・両者の信号をTRに入力し、アナログ乗算機能が出せるかどうか確認する。

・ベースには定電流源500[uA]を入力し、TRがコレクタ電流Icが飽和しない動作領域で動かす。

結果：

・入力するAF電圧が制限されるが、AM変調自体はかかる。

・変調度が浅いため、実用にはならないと思われる。

・近接スプリアスの発生があり、歪み信号の電圧レベルは低いが、アナログ乗算器としては歪みが伴い、けして綺麗な音質は得られない。

(BJTトランジスタ単独でのアナログ乗算動作は実用的ではない。ギルバートセル型BJT TR乗算器の特性よりも、性能は大きく劣る。)

図1. キャリア周波数スイッチング式ベースAM変調方式(仮名称)の過渡解析+広帯域FFT解析

図1.に示すように、浅くAM変調はかかっており、AF信号電圧の振幅変化に対するそれほど歪んでいないAM変調波の波形が見られる。

高帯域周波数でのスプリアス発生は、それほど酷いものでは無いが、けして良い特性とは言えない。

図2. キャリア周波数スイッチング式ベースAM変調方式(仮名称)の過渡解析+狭帯域FFT解析(V単位)

図2.で示すように、[V]単位で見ると、キャリア周辺のLSB,USB 1KHzのピーク電圧が見える。

これ以上、深い変調を与えると歪みが多くなってしまう。

図3. キャリア周波数スイッチング式ベースAM変調方式(仮名称)の過渡解析+狭帯域FFT解析(dB単位)

図3.で示すように、[dB]単位で見ると、キャリア周辺のLSB,USB 1KHzのピーク電圧周辺に沢山のベースバンド高調波歪みがの存在が見える。

アナログ乗算器としての特性を良くは出せていない。

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AMベース変調回路 実現可能性の再検討結果

AMベース変調回路は現在でも大変著名な回路方式で、現在もインターネットの辞書にも出ています。

以前、終段コレクタ式AM変調がうまくできない設計ミスが続いている国内の現状について、その現象、原因、根本対策法を示しました。

一方、僕は生徒時代、この終段コレクタ変調がうまくできない現象を回避するため、ベース変調回路も試作しました。

その結果は前回書いたようにNGで、AM変調はうまくかかりませんでした。
それが数学的計算では理論的に無理であることは、前回の記事の下に追記してあります。
https://ji1nzl-official.blogspot.jp/2015/09/am_19.html

ここでは試しにベース電流を定電流制御すると、BJTトランジスタのIc-Vceが直線リニアアンプ特性になることに着目し、トランジスタでも真空管のようなアナログ乗算器の特性がだせるかどうか見てみました。

図1.1  改造ベース変調回路(新方式)

図1.2  改造ベース変調回路 FFT解析

ここでの方式は、ベース側にAF信号を入力、コレクタ側にRF信号を入力、BJTトランジスタに、アナログ乗算動作が起こることを期待しました。

しかし、残念ながら、真空管のようなアナログ乗算特性は出せていません。
変調は浅く、かつ電波は歪んでいます。

この回路の実用の見込みは、今のところない感じです。

素直にギルバートセル乗算器の利用が設計法として確実と思います。


ここで、それでも何故、浅いながらもAM変調が弱く歪んでかかるのか・・・？　
おそらくBJTトランジスタのベース〜コレクタ間のPN接合部で、ダイオードのRF/AC特性である周波数変換動作が起きているのではないか・・・と推定しています。

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