1.3.6. Демодуляция

Демодуляция — процесс, обратный модуляции, заключается в выделении сигнала из модулированного колебания с помощью нелинейных устройств. Простейшим видом демодуляции может служить детектирование (выпрямление) АМ-колебаний с помощью полупроводникового диода VD (рис. 1.15, а). Источник АМ-колебаний вырабатывает E(t) с переменной амплитудой. Диод VD пропускает только положительные полуволны напряжения £/_вых, огибающая этих полуволн и является сигналом, представляющим собой низкочастотное колебание U_Ω (t).

Рис. 1.15. Детектирование амплитудно-модулированных колебаний: схема (а)

и характеристика (б) диодного детектора

Для выделения низкочастотных колебаний из выпрямленного напряжения U_вых применяют фильтры низких частот, примером которых может служить С-фильтр, показанный на рис. 1.15, а. Емкость конденсатора С выбирают такой, чтобы ее сопротивление Х_с на несущей частоте было много меньше сопротивления R нагрузки, а для низкочастотного сигнала, наоборот, много больше сопротивления нагрузки. На положительной полуволне ток протекает через VD и происходит заряд конденсатора до амплитудной величины напряжения. Во время отрицательной полуволны конденсатор частично разряжается на резистор R, но так как длительность отрицательной полуволны очень маленькая, то напряжение на конденсаторе практически сохраняется. Если амплитуда следующей положительной полуволны возрастает, то напряжение на конденсаторе (а значит и на выходе детектора) растет, при сниже­нии амплитуды напряжение на выходе снижается. Изменение напря­жения U_Ω (t) происходит по закону кривой огибающей полуволн, т.е. по закону сигнала, который был нанесен на переносчик.

При демодуляции ЧМ - колебаний предварительно их преобразуют в АМ - колебания, после чего их демодулируют АМ - детектором, рас­смотренным ранее (см. рис. 1.15).

Простейшим преобразователем (дискриминатором) ЧМ - колебаний в АМ - колебания является одиночный колебательный контур LC (рис. 1.16, а). Резонансная частота ω_р контура должна быть сдвинута относительно несущей частоты ω₀ ЧМ-колебания таким образом, чтобы весь спектр сигнала от ω₀ - Δω до ω₀ + Δω размещался на одном из спадов резонансной характеристики Uк =f(ω) контура (рис. 1.16, б). Тогда при поступлении от источника ЧМ-колебаний с частотой ω₀ - Δω напряжение на LC-контуре будет иметь амплитуду Uк₁, а при часто­те ω₀ + Δω амплитуда снижается до значения Uк₂,. Таким образом, на выходе преобразователя имеем напряжение Uвых, которое представ­ляет собой АМ-колебание.

Чтобы преобразование происходило без искажения, спад харак­теристики Uк = f(ω) должен быть линейным, что обеспечить доволь­но трудно.

Рис. 1.16. Демодуляция частотно-модулированных колебаний:

схема (а) и характеристика (б) демодулятора

Демодуляция ФМ-колебаний, модулированных прямоугольны­ми импульсами, заключается в сравнении ФМ-сигналов с некото­рым опорным напряжением, имеющим частоту, равную частоте несущего колебания ФМ-сигнала (синхронное напряжение).

В про­стейшем случае фаза опор­ного колебания должна совпадать с фазой импуль­са или паузы. Существует много мето­дов создания опорного на­пряжения, имеющих те или иные недостатки. Еще в 1933г. ученый А.А Пистолькорс предложил схему преобразования ФМ-сигнала в АМ-сигнал (рис. 1.17, а).

У

Рис. 1.17. Демодуляция фазомодулированных колебаний: структурная схема (а) и ха­рактеристика (б) демодулятора

двоение частоты сигна­ла, манипулированного по фазе на 180°, приводит к уст­ранению манипуляции. На­пряжение удвоенной частоты, полученное в результате вып­рямления, пропускают через узкополосный фильтр. На вы­ходе фильтра появляется гар­моника с удвоенной частотой. После делителя частоты полу­чаем аналог исходного несу­щего колебания, которое яв­ляется опорным напряжением. Из диаграммы (рис. 1.17, б) видно, что в результате сло­жения ФМ-сигнала с опор­ным напряжением на выходе делителя частоты появляется АМ-колебание на выходе схе­мы сравнения, которое затем детектируется уже известным способом (см. рис. 1.15).

Недостатком данной схе­мы является трудность в создании опорного напряжения, частота и фаза которого должны оставаться стабильными во времени. Суще­ствует опасность так называемой «обратной работы», когда вместо сигнала «1» принимается сигнала «0» и наоборот.