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, R2,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=UBX/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.