Метод модуляции-демодуляции

Использование аналитических многочастотных сигналов позволило добиться высоких значений спектральной эффективности радиочастотных систем.

Процесс изменения параметров несущей в соответствии с передаваемым сигналом. Для модуляции может использоваться амплитуда, фаза или частота сигнала. Демодуляция сигнала обеспечивается квадратурным демодулятором. В этом демодуляторе производится перемножение принятого и задержанного сигнала с последующей низкочастотной фильтрацией результата перемножения. Если установить время задержки, то на выходе фильтра нижних частот будет присутствовать сигнал, пропорциональный отклонению частоты, который является информационным. При модуляции осуществляется отклонение несущей частоты

Простейший модулятор

Комбинированные методы борьбы с дрейфом нуля.

Применение усилительных каскадов в УПТ ограничивается дрейфом нуля. Дрейфом нуля (нулевого уровня) называется самопроизвольное отклонение напряжения или тока на выходе усилителя от начального значения. Этот эффект наблюдается и при отсутствии сигнала на входе. Поскольку дрейф нуля проявляется таким образом, как будто он вызван входным сигналом УПТ, то его невозможно отличить от истинного сигнала. Существует достаточно много физических причин, обусловливающих наличие дрейфа нуля в УПТ. К ним относятся нестабильности источников питания, температурная и временная нестабильности параметров транзисторов и резисторов, низкочастотные шумы, помехи и наводки. Среди перечисленных причин наибольшую нестабильность вносят изменения температуры, вызывающие дрейф.

Методы борьбы:

1.местная отриц. обратная связь

2.глубокая отрицательная обратная связь

3.балансные (мостовые) схемы диф. усил.

4.метод модуляции-демодуляции

Операционные усилители

Операционный усилитель (ОУ) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

Инвертирующий вход – Фаза на выходе не совпадает, неинвертирующий – совпадает.

Идеальный ОУ имеет бесконечно большое входное сопротивление, нулевое выходное сопротивление и бесконечно большой коэффициент усиления.

Параметры ОУ: смещение или напряжение сдвига нуля, входные токи смещения, разность входных токов, входное сопротивления, коэффициент ослабления синфазного сигнала, коэффициент шума, выходное напряжение и выходной ток, коэффициент усиления, полоса пропускания, скорость нарастания выходного напряжения, время установления выходного напряжения, время восстановления.

Специфические параметры: коэффициент усиления дифференциального сигнала Kд = Uвых /Uвх д (дифференциальный сигнал – напряжения между одним из входов и общей точкой системы);

коэффициент ослабления синфазного сигнала – Косл сф = Кд / Ксф (показывает, во сколько раз коэффициент передачи дифференциального сигнала больше коэффициента передачи синфазных сигналов), дифференциальное входное сопротивление (сопротивление со стороны любого входа при подключении другого к общей точке схемы).

Инвертирующий усилитель

Рассмотрим схему на рис. 4.4. Проанализировать ее будет нетрудно, если вспомнить сформулированные выше правила:

1. Потенциал точки В равен потенциалу земли, следовательно, потенциал точки А также равен потенциалу земли.

2. Это означает, что: а) падение напряжения на резисторе R2 равно Uвых, б) падение напряжения не резисторе R1 равно Uвх.

3. Воспользовавшись теперь правилом II, получим Uвых/R2 = - Uвх/R1, или коэффициент усиления по напряжению = Uвых /Uвх= - R2/R1. Позже вы узнаете, что чаше всего точку В лучше заземлять не непосредственно, а через резистор. Однако сейчас это не имеет для вас значения.

Рис. 4.4. Инвертирующий усилитель.

Итак, анализ схемы на ОУ оказался даже чересчур простым. Он, правда, не позволяет судить о том, что на самом деле происходит в схеме. Для того чтобы понять, как работает обратная связь, представим себе, что на вход подан некоторый уровень напряжения, скажем 1 В. Для конкретизации допустим, что резистор R1 имеет сопротивление 10 кОм, а резистор R2 - 100 кОм. Теперь представим себе, что напряжение на выходе решило выйти из повиновения и стало равно 0 В. Что произойдет? Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, с помощью которого потенциал инвертирующего входа поддерживается равным 0,91 В. Операционный усилитель фиксирует рассогласование по входам, и напряжение на его выходе начинает уменьшаться. Изменение продолжается до тех пор, пока выходное напряжение не достигнет значения -10 В, в этот момент потенциалы входов ОУ станут одинаковыми и равными потенциалу земли. Аналогично, если напряжение на выходе начнет уменьшаться и дальше и станет более отрицательным, чем -10 В, то потенциал на инвертирующем входе станет ниже потенциала земли, в результате выходное напряжение начнет расти.

Как определить входной импеданс рассматриваемой схемы? Оказывается, просто. Потенциал точки А всегда равен 0 В (так называемое мнимое заземление, или квазинуль сигнала). Следовательно, Zвх = R1 Пока вы еще не знаете, как подсчитать выходной импеданс; для этой схемы он равен нескольким долям ома.

Следует отметить, что полученные результаты справедливы и для сигналов постоянного тока - схема представляет собой усилитель постоянного тока. По этому, если источник сигнала смещен относительно земли (источником является, например, коллектор предыдущего каскада), у вас может возникнуть желание использовать для связи каскадов конденсатор (иногда такой конденсатор называют блокирующим, так как он блокирует сигнал постоянного тока, а передает сигнал переменного тока). Немного позже (когда речь пойдет об отклонениях характеристик ОУ от идеальных), вы узнаете, что в тех случаях, когда интерес подставляют только сигналы переменного тока, вполне допустимо использовать блокирующие конденсаторы.

Схема, которую мы рассматриваем, называется инвертирующим усилителем. Недостаток этой схемы состоит в том, что она обладает малым входным импедансомсом, особенно для усилителей с большим коэффициентом усиления по напряжению (при замкнутой цепи ОС), в которых резистор R1 как правило, бывает небольшим. Этот недостаток устраняет схема, представленная на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Неинвертирующий усилитель.

Неинвертирующий усилитель

Рассмотрим схему на рис. 4.5. Анализ ее крайне прост: UA = Uвх. Напряжение UA снимается с делителя напряжения: UA = UвыхR1/(R1 + R2). Если UA = Uвх, то коэффициент усиления = Uвых/Uвх = 1 + R2/R1. Это неинвертирующий усилитель. В приближении, которым мы воспользуемся, входной импеданс этого усилителя бесконечен (для ОУ типа 411 он составляет 10^12 Ом и больше, для ОУ на биполярных транзисторах обычно превышает 10^8 Ом). Выходной импеданс, как и в предыдущем случае, равен долям ома. Если, как в случае с инвертирующим усилителем, мы внимательно рассмотрим поведение схемы при изменении напряжения на входах, то увидим, что она работает, как обещано.

Рис. 4.5.

Эта схема также представляет собой усилитель постоянного тока. Если источник сигнала и усилитель связаны между собой по переменному току, то для входного тока (очень небольшого по величине) нужно предусмотреть заземление, как показано на рис. 4.6. Для представленных на схеме величин компонентов коэффициент усиления по напряжению равен 10, а точке - 3 дБ соответствует частота 16 Гц.

Рис. 4.6.