Главная » Мануалы

1 ... 42 43 44 45 46 47 48 ... 51

где -10<ем<0.

11.3.2. Преобразователь напряжение - длительность импульса

Для создания схемы ШИМ, отличающейся высокой линейностью и устойчивой синхронизацией, можно также использовать коммутируемый интегратор. На вход модулятора поступает последовательность импульсов, представляющая собой тактовый сигнал, а на выходе получается последовательность импульсов, синхронизованных с тактовыми. Длительность импульсов на выходе липейнр зависит от входного напряжения. Схема модулятора такого типа приведена на фиг. 11.12. Параметры 1/r, Ci и R\ в этой схеме следует выбирать в соответствии с частотой повторения импульсов и заданным динамическим диапазоном. Предположим, например, что тактовая частота равна 1 кГц, а входное напряжение изменяется в пределах от 0,1 до 10 В. Если. 1/r=-- 10 В, то

I 0,01/?,С, < Гр </?,С,. - (11.11).

Чтобы избежать неопределенности, Тр должно быть меньше Тс, и поэтому R\C\ должно быть меньше, чем Тс- Если R\C\ выбрать равным 0,9 Тс, тогда R\Cx 0,9 мс. Если в этом случае емкость Cl выбрана равной 0,01 мкФ, то R\ должно быть равно 90 кОм.

импульсов. Модулировать импульсы по длительности можно многими способами, но мы остановимся ниже на рассмотрении двух распространенных методов, позволяющих получить хорошую линейность в широком диапазоне рабочих частот.

11.3.1. Управляемая напряжением схема ШИМ с несущей в виде прямоугольных колебаний

Данный способ модуляции легко осуществить, если поступающую на вход модулятора несущую можно преобразовать в колебания прямоугольной или треугольной формы. Несущая, имеющая форму синусоидальных колебаний, усиливается, ограничивается и затем преобразуется в колебания треугольной формы при помощи интегратора. Напряжение, поступающее на модулирующий вход, управляет смещением треугольной волны и тем самым модулирует импульсы по длительности в пределах приблизительно до 50% периода. Схема такого модулятора показана на фиг. 11.11 вместе с типичными формами сигналов. Длительность импульса Ti определяется формулой

ISkOm

15к0м

I I I

BxodamxpoHu-зирующих им- о пульсов

4,7кОм -

2,2к0м -WV-о *15В

ЮОкОи' ЮОкОм -15В

o-XvXaAA

ЮкОм WV-

ЮкОм WV-

Коммутируемый интегратор

Колшутиру-емый усилитель тока

Вход сигнала

ЮкОм -VW-

о Выход

Тр Щ^е 0<1е,<.ЮВ

Фиг. 11.12. Упрощенная схема преобразователя напряжения в длительность импульса.

Итак, имеем Тр = 0,09 е\ мс, или в форме отношения Тр/Тс = = 0,09 бь Описание интегратора на коммутируемом усилителе тока читатель найдет в разд. 6.3.

11.4. Демодуляция

Начальные разделы этой главы были посвяшены вопросам использования схем на операционных усилителях для осушеств-ления модуляции различного вида. В этом разделе мы рассмотрим обратный процесс, а именно демодуляцию. В других разделах описаны демодуляция амплитудно-модулированных, частотно-модулированных и широтно-импульсно-модулированных сигналов.

- 11.4.1. Демодуляция амплитудно-модулированных сигналов

Чтобы выполнить амплитудную демодуляцию, нужно, применив соответствующие демодуляторы, или дискриминаторы, восстановить информацию, содержавшуюся в низкочастотном сигнале, которым была промодулирована высокочастотная несущая. Эта несущая часто имеет форму последовательности импульсов или синусоиды. У многих выпускаемых датчиков, например у синхропреобразователей, на выходе получается ампли-тудно-модулированный сигнал с подавленной несущей. Синхронные демодуляторы должны быть фазочувствительными устройствами, т. е. они должны иметь на выходе положительный

ЛААЛАДАЛЛ;- р-

Фильтр нижних -?D частот

Преобразователь синусоидальных колебаний в прямоугольные

Фиг, 11,13. Блок-схема двухполупериодного фазочувствительного демодулятора.

Полупроводниковый

WOkOm -АЛЛ-

Фильтр нижних частот

е. ЮОкОм

Ot-sAAA

Усреднение (Вд)

а, ЮОкОм

Фиг. 11.14. Фазочувствительнкй демодулятор с коммутацией.

Фильтр нижних частот

Усреднение(ед)

сигнал, когда входной сигнал находится в фазе с опорным сигналом несущей, и отрицательный сигнал, когда фаза входного сигнала отличается на 180°. Ниже будут рассмотрены некоторые типичные схемы демодуляторов.

/. Фазочувствительная демодуляция сигналов с подавленной несуи^ей. Рассмотрим две схемы фазочувствительной демодуляции сигналов с подавленной несущей. Сигнал на входе демодулятора имеет вид

ei {t)eAt) sin g>ct, (11.12)

где es{t)-низкочастотный сигнал, который нужно восстановить, а СОс - несущая частота. Если теперь функцию ei (tj умножить на прямоугольную волну (меандр) с амплитудой А, синфазную с опорным сигналом несущей, то низкочастотная часть выходного сигнала будет пропорциональна eg(f).Обозначая прямоугольную волну функцией e2{t) и используя разложение в ряд Фурье, получаем

бо (/) = 1 (О 2 (О = еЛО [I - cos 2(йс/+

+-gjg-COS 4сос^ +-ду-cos бсос-Ь .. ] . (11.13)

Если теперь пропустить сигнал eo{t) через фильтр нижних частот, то на выходе его будет напряжение

Фиг. 11.15. Фазочувствительный демодулятор с умножителем.

* подстроить до получения на выходе ±10 В.

2Л

esit).

(11.14)

Другие члены ряда (11.13) образуют пульсации. Отметим, что самая низкая частота пульсаций вдвое превышает частоту несущей. Блок-схема устройства, позволяющего осуществить демодуляцию такого типа, показана на фиг. 11.13, а на фиг. 11.14 и 11.15 приведены две принципиальные схемы фазочувствитель-ных демодуляторов.

Регулировка положения импульсов

ЮкОм /

*15В

-15Б о-iAAA-

том

Ждущий мультивибратор

R, ШОм 0\ЛрЛЛЛ-рЛАА

- / -

СлЛй задержки

При Гс-ШГц, Р,=40кОм, С,0,01мкФ

Компаратор

Фиг. 11.16а. Схема демодулятора с импульсными выборками.

2. Демодулятор на основе ДЗУ^). Еще один способ амплитудной демодуляции заключается в выборке и фиксации требуемой информации об амплитуде. Так, например, если осуществить выборку и фиксацию на некоторое время пиковых значений сиг-

) По принципу действия эта демодуляция аналогична работе динамического запоминающего устройства. См. разд. 9.4. - Прим. ред.

Напряжение

Фиг. 11.166. Форма сигналов в демодуляторе с импульсными выборками.

нала с подавленной несущей, то на выходе такого устройства будет некоторая последовательность ступенек. Основу этого выходного сигнала и будет составлять искомый низкочастотный сигнал, хотя и задержанный на полпериода несущей частоты из-за процесса выборки. Схема однополупериодной демодуляции с импульсными выборками, рассчитанная на несущую частоту 400 Гц, приведена на фиг. 11.16а. Формы сигналов в этой схеме показаны на фиг. 11.166. Следует отметить, что длительность импульса выборки не имеет решающего-значения. При частоте несущей 400 Гц импульс длительностью около 70 мкс, расположенный в максимумах синусоидальной волны, будет осуществлять выборку напряжения в пределах +5° от точки максимума.

Описанный способ можно использовать также для двухпо-луперйодной демодуляции, если входной сигналпредварительно подвергнуть двухполуперйодному фазочувствительному детектированию. При двухполупериодной демодуляции с выборками время задержки уменьшается до V4 периода, но при этом, конечно, сложность схемы возрастает.

11.4.2. Демодуляция частотио-мадулироввиных сигналов

Выше мы рассмотрели схемы демодуляции амплитудно-мо-дулированных сигналов, теперь перейдем к вопросу демодуляции частотнё-модулированных сигналов. Существует три основных способа демодуляции таких сигналов: демодуляция с усреднением во времени, демодуляция путем измерения периода и демодуляция с использованием фазовой синхронизации.. Более подробно эти способы демодуляции описаны в нижеследующих разделах.

/. Демодуляция ЧМ-сигналов с усреднением во времени. Если частота модуляции много меньше, чем частота несущей, то для измерения частоты можно воспользоваться простым способом усреднения во времени. Входной сигнал преобразуют в этом случае в последовательность однородных импульсов, которую затем пропускают через фильтр нижних частот и получают постоянную составляющую. Эта постоянная составляющая пропорциональна частоте входного сигнала. Постоянная времени фильтра должна быть очень бoльшoй^ чтобы в достаточной мере отфильтровать пульсации. Поэтому скорость реакции такого модулятора сравнительно мала. Типичная схема частотной демодуляции с усреднением частоты, выполненная на операционных усилителях, показана на фиг. П. 17.

2. Демодуляция ЧМ-сигналов путем измерения периода. Если модулирующий сигнал изменяется быстро по сравнению с несущей, то может оказаться целесообразным измерять период одного колебания и непрерывно вычислять величину 1/Т. Таким способом можно вместо усреднения большого числа циклов колебания за протяженный отрезок времени обеспечить измерение частоты от цикла к циклу.

Для реализации этого способа демодуляции входной сигнал необходимо вначале преобразовать в последовательность коротких импульсов, а затем измерять время между импульсами посредством какого-либо стробируемого интегратора. На входе такого интегратора действует постоянное эталонное напряжение И поэтому его выходное напряжение пропорционально времени. Влок-схема процесса в общем виде показана на фиг. 11.18. Составить схему демодулятора такого типа несложно, так как большинство используемых в ней узлов уже разбиралось ранее.

Шущий муитивибратор

Фиг. 11.17. Схема частотной демодуляции (а) и формы сигналов (б).

Формирователе и генератор импульсов

Опорное напряжение^

Управление режимом

Управление работой интегратора

Управление работойДЗУ

Интегратор		ДЗУ		Делитель

Опорное напряжением-

Фиг. 11.18. Блок-схема преобразователя частота - напряжение постоянного тока.

1 ... 42 43 44 45 46 47 48 ... 51