Амплитудные детекторы

Детекторами называются устройства, с помощью ко­торых из электрических сигналов выделяется информационная составляющая.

В зависимости от преобразуемого параметра, который песет информацию, их подразделяют на амплитудные, фазовые, частотные. Отдельную группу составляют синхронные детек­торы, часто выполняющие функции избирательных устройств. Среди амплитудных, которые часто называют выпрями­телями, амплитудными дискриминаторами или преобразователями тех или иных значений, принято различать детекторы средневыпрямленного, пикового и дей­ствующего (эффективного) значений.

Детекторы средневыпрямленного значения выполняются по схемам обычных выпрямительных устройств с учетом того, что выходной сигнал должен быть точно пропорционален соответствующему параметру входного.

На основе этой схемы создают и двухполупериодные выпрямители (рис. 6.4,а). В таком детекторе средневыпрям­ленного значения напряжения ОУ DA1 и DA2 выпрямляют разные полуволны входного сигнала, которые суммируются с противоположными знаками в ОУ DA3. Коэффициент усиления каждой полуволны

K = R₂ / R₁,

причем предъявляются жесткие требования к равенству со­противлений резисторов R1, R _2,R₃.Преимущества данной схемы — в идентичности узлов, выпрямляющих разные по­луволны.

 

Рис. 6.4. Двухполупериодные детекторы средневыпрямленного значения с двумя (а) и одним (б) выпрямляющими узлами; диаграмма напряжений (в).

Благодаря этому разница в коэффициентах преобразования напряжения каждого из полупериодов имеет минимальное значение. Однако параметры преобразования зависят от боль­шого числа сопротивлений, что требует их тщательного отбора. Кроме того, погрешности вносит напряжение смещения нуля ОУ DA3 и его дрейф.

В двухполупериодном детекторе (рис. 6.4,6) применен один выпрямляющий узел на ОУ DA1, который инвертирует входной сигнал.

Погрешности преобразования зависят от точности выпол­нения приведенного выше условия и смещения нуля ОУ DA2.

Для сглаживания пульсаций выходного напряжения к выходу детекторов средневыпрямленного значения подключены фильтры низких частот, выполненные на пассивных или активных компонентах, причем смещения нуля активных ком­понентов дополнительно увеличивают погрешность преобра­зования. Несмотря на эти недостатки, на основе рассмотренных схем можно создать детекторы, погрешности которых не превышают десятые — сотые доли процента.

Значительно лучшие характеристики при существенном упро­щении схемы удается получить в детекторах с коммутируемыми конденсаторами (рис. 6.5, а, б).

Рассмотрим работу однополупериодного детектора (рис. 6.5,а), считая идеальным усилитель переменного напря­жения 1. Пусть напряжение на конденсаторе С равно нулю и на вход поступает отрицательная полуволна напряжения. В этом случае диод VD1 открыт, а потенциал точки а равен потенциалу общей шины. Напряжение на конденсаторе С имеет нулевое значение. При смене полярности входного напряжения открыва­ется диод VD2, но в точке а потенциал остается нулевым. Конденсатор С начинает заряжаться током I, который равен I =U_BX/R1. За время этой полуволны на нем накопится заряд

Рис. 6.5. Однополупериодный (а) и двухполупериодный детекторы с коммутируемыми конденсаторами, 1 – усилитель переменного напряжения.

При отрицательном сигнале второго периода напряжение в точке а равно нулю, диод VD1 открыт, a VD2 закрыт. Конденсатор С разряжается через резистор R₂. Его заряд уменьшается по экспоненциальному закону

При положительной полуволне процесс зарядки конден­сатора С повторяется и напряжение на нем повышается, причем ток зарядки практически не зависит от напряжения на конденсаторе вследствие того, что он включен в цепь ОС усилителя. Ток разрядки при каждой полуволне увеличивается из-за повышения напряжения на конденсаторе С. При равенстве изменений заряда наступает динамическое равновесие. Среднее напряжение на конденсаторе перестает меняться, что свидетель­ствует об окончании переходного процесса.

Постоянная составляющая выходного напряжения пропор­циональна средневыпрямленному значению входного при однополупериодном выпрямлении.

46. Виды модуляции сигналов: АМ, ЧМ, ФМ, АИМ, ЧИМ, ФИМ, ШИМ, ИКМ.

Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда

Частотная модуляция (ЧМ) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

Частотная модуляция применяется для высококачественной передачи звукового (низкочастотного) сигнала в радиовещании (в диапазоне УКВ), для звукового сопровождения телевизионных программ, передачи сигналов цветности в телевизионном стандарте SECAM, видеозаписи на магнитную ленту, музыкальных синтезаторах.

Фазовая модуляция — один из видов модуляции колебаний, при которой фаза несущего колебания управляется информационным сигналом. Фазомодулированный сигнал имеет следующий вид:

,

где — огибающая сигнала; является модулирующим сигналом; — частота несущего сигнала; t — время.

Фазовая модуляция, не связанная с начальной фазой несущего сигнала, называется относительной фазовой модуляцией (ОФМ).

В случае, когда информационный сигнал является дискретным, то говорят о фазовой манипуляции. Хотя, строго говоря, в реальных изделиях манипуляции не бывает, так как для сокращения занимаемой полосы частот манипуляция производится не прямоугольным импульсом, а колоколообразным (приподнятым косинусом и др.). Несмотря на это, при модуляции дискретным сигналом говорят только о манипуляции.

По характеристикам фазовая модуляция близка к частотной модуляции. В случае синусоидального модулирующего (информационного) сигнала, результаты частотной и фазовой модуляции совпадают.

Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) - вид импульсной модуляции (см.), при которой от воздействия передаваемых сигналов изменяется величина (амплитуда) импульсов.

Амплитудно-импульсная модуляция по сравнению с другими видами импульсной модуляций обладает меньшей помехозащищенностью.

Амплитудно-импульсная модуляция является начальным этапом всех других видов импульсной модуляции. Для ее осуществления требуются довольно простые устройства, но АИМ имеет существенный недостаток - низкую помехоустойчивость. Помехи, воздействуя на амплитуду модулированного сигнала, вызывают искажение передаваемой информации, поэтому сигналы АИМ не могут передаваться по линиям.

Частотно-импульсная модуляция (англ. Pulse-Frequency Modulation, PFM) - вид импульсной модуляции, при которой необходимое значение выходного параметра добивается путём изменения частоты поступления импульсов (фиксированной амплитуды и длительности) на входе ключевого элемента.

Фазово-импульсная модуляция (ФИМ) (англ. Pulse-position modulation, PPM) — один из трёх основных способов цифрового модулирования информации в последовательность импульсов.

Одним из способов осуществления фазово-импульсной модуляции сигнала является задержка (или упреждение) появления импульса по отношению к началу периода на время, соответствующее значению информационных символов (модулируемого сигнала). При этом импульсы имеют постоянную длительность. Характерно, что как и в случае широтно-импульсной модуляции, частота следования импульсов ФИМ-сигнала является постоянной величиной.

При фазово-импульсной модуляции кодирование передаваемой информации в ряде приложений заключается в изменении позиции импульсов в группе импульсов, которая называется кадром.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. Pulse-width modulation (PWM)) — управление средним напряжением на нагрузке путём измененияскважности импульсов, управляющих ключом. Различают аналоговую ШИМ и цифровую ШИМ, двоичную (двухуровневую) ШИМ и троичную (трёхуровневую) ШИМ.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ, англ. Pulse Code Modulation, PCM) используется для оцифровки аналоговых сигналов. Практически все виды аналоговых данных (видео, голос, музыка, данные телеметрии, виртуальные миры) допускают применение ИКМ.