Амплитудно-импульсные модуляторы

 

Модуляторы АИМ-сигналов строятся на базе аналоговых ключей и коммутаторов. Лучшими характеристиками обладают транзисторные модуляторы. Эти модуляторы выполняют как на биполярных, так и на полевых транзисторах.

Модуляторы на биполярных транзисторах используют в тех случаях, когда требуется гальваническая развязка между датчиком и управляющим сигналом. Если же сопротивление источника сигнала более 500 кОм, то следует применять полевые транзисторы.

Основным недостатком модулятора является то, что при отсутствии входного сигнала на его выходах присутствует постоянное напряжение, возникающее за счет токов утечки и импульсных сигналов, связанных с паразитными межэлектродными емкостями активных элементов. С этой точки зрения полевые транзисторы предпочтительнее, так как емкость затвор–канал у них значительно меньше межэлектродной емкости биполярных транзисторов.

5.9.1. Модулятор на биполярных транзисторах. Работа модулятора (рис.5.44) основана на поочередном открывании и закрывании транзисторов (рис. 5.45).

Рис. 5.44. Амплитудно-импульсный модулятор Рис. 5.45. Временные диаграммы

на биполярных транзисторах работы модулятора

 

 

Когда импульс положительной полярности приходит на базу VT1, то транзистор открывается и входной сигнал С(t)проходит на выход. В следующий полупериод сигнала U_H(t) положительный импульс открывает транзистор VT2, транзистор VT1 закрывается. Выход подключается к нулевой шине. Важным фактором в работе схемы является равенство остаточных напряжений. Для выравнивания этих напряжений служит резистор R1.

В импульсном модуляторе (рис. 5.46) транзистор VT1 работает в линейном режиме как эмиттерный повторитель, а транзистор VT2 – в ключевом режиме. Источником питания транзистора VT2 является напряжение в эмиттере VT1. При отсутствии на входе 1 гармонического сигнала на выходе существует импульсный сигнал с амплитудой 5 В. Изменение напряжения в базе VT1, вызванное гармоническим сигналом на входе 1, вызывает изменение коллекторного напряжения VT2. На выходе появляется модулированный сигнал. В схеме можно получить 100%-ю АИМ-I. Если на выходе подключить колебательный контур, настроенный на первую гармонику импульсного сигнала, то можно получить АМ гармонического сигнала.

Рис. 5.46. Импульсный модулятор

 

 

Для уменьшения ошибки из-за остаточного напряжения, сопротивления в открытом состоянии и токов утечки в закрытом используются операционные усилители совместно с биполярными или полевыми транзисторами.

5.9.2. Модулятор на полевых транзисторах и операционном усилителе (рис. 5.47). Такие модуляторы получили распространение благодаря простоте структур и большому динамическому диапазону модулирующих сигналов. В схеме (рис. 5.47, а) полевые транзисторы включены в цепь обратной связи, поэтому действующая величина их сопротивления в открытом состоянии уменьшается в К_u раз.

В положительные полупериоды импульсной несущей U_H(t) (рис. 5.47, б) транзистор VT1закрывается, а VT2 открывается и сигнал на выходе определяется выражением

 

U_ВЫХ= (R2/R1) С(t).

Рис. 5.47. Модулятор на полевых транзисторах и операционном усилителе

 

5.9.3. Многоканальный модулятор (рис. 5.48). В качестве формирователей управляющих сигналов используются микросхемы DD1 с открытым коллектором. Так как сопротивление закрытого транзистора составляет гигаомы, то допускается параллельное включение до 64 каналов по принципу «монтажное или».

Рис. 5.48. Многоканальный модулятор

 

Для уменьшения влияния конечного сопротивления открытого транзистора на точность передачи входного сигнал С(t)групповой сигнал на выход поступает через буферный усилитель DA1. Конденсатор С устраняет высокочастотные выбросы, появляющиеся из-за коммутационных процессов в транзисторах VT1–VT4.

Детекторы АИМ-сигналов

 

5.10.1. Демодуляция АИМ-сигналов фильтром нижних частот (ФНЧ). Рассматривая спектр АИМ-сигнала (рис. 5.49), видим, что в нем в чистом виде содержится составляющая с частотой модулирующего сообщения, которая может быть выделена с помощью ФНЧ.

 

w

|AK|

АЧХ ФНЧ

A0

Q = 2

2p/t

w1-W

w1+W

w1

W

 

Рис. 5.49. Демодуляция АИМ-сигнала ФНЧ

 

 

Сигнал на выходе ФНЧ будет описываться выражением

U_{ВЫХ.ФНЧ}= (U_ВХ·t/T)·m_АИМ·К_ФНЧ.

Так как (t/T)< < 1 (для многоканальных систем), m_АИМ≤ 1 и коэффициент передачи пассивных ФНЧ k_ФНЧ < 1, то и U_ВЫХ будет составлять 20 – 30% от U_ВХ. Поэтому для эффективной демодуляции АИМ-сигналов в многоканальных системах целесообразно применять активные ФНЧ или другие способы
детектирования.

5.10.2. Пиковые детекторы (рис. 5.50, а). В литературе они известны под названием пиковых детекторов с открытым входом, которому обязаны свойством пропускать на выход постоянную составляющую преобразуемого напряжения, если она в нем содержится.

При поступлении положительных импульсов конденсатор С₁ заряжается (рис. 5.50, б) с постоянной времени

 

t_зар = (R₁ + R₀) C₁,

 

где R₁ – выходное сопротивление предыдущего каскада; R₀– прямое сопротивление диода VD1.

При отсутствии импульсов на входе конденсатор С₁ разряжается с постоянной времени

t_разр = R_НC₁.

Рис. 5.50. Пиковый детектор

 

Для неискаженной демодуляции необходимо, чтобы скорость разряда конденсатора была больше скорости спада огибающей модулирующего сообщения. Кроме того, для АИМ-сигнала существенные ограничения возникают из-за порога открывания диода VD1. По этой причине чувствительность детектора получается низкой. Применение транзисторов и ОУ значительно увеличивает динамический диапазон детектора. Необходимость точного преобразования связана с применением интегральных микросхем и соответствующим снижением уровней рабочих сигналов.

 

5.10.3.Типовой детектор на ОУ с запоминанием (рис. 5.51). Входной сигнал детектора (рис. 5.51, а) через ОУ DA1 заряжает конденсатор С. Постоянное напряжение на конденсаторе через ООС подается на второй вход ОУ DA1. Эта связь действует через ОУ DA2.

 

Рис. 5.51. Типовой детектор на ОУ с запоминанием

 

На конденсаторе устанавливается максимальное значение входного сигнала. Это напряжение может продолжительное время оставаться на конденсаторе. С приходом положительного импульса по цепи сброса происходит разряд конденсатора. После этого конденсатор может вновь запомнить максимальное значение входного сигнала.

Как видно из временных диаграмм (рис. 5.51, б), происходит расширение импульсов, что приводит к увеличению амплитуды полезной составляющей. Кроме того, осуществляется переход от АИМ-I к АИМ-II и появляются короткие импульсы на выходе в моменты коммутации, что требует дополнительной фильтрации демодулированного сигнала.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: