Необхідне устаткування;
Комп‘ютер
Прикладна програма Electronics workbench
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Модулятор є пристроєм, що здійснює зрушення частотного спектру сигналів датчиків, що поволі змінюються, в сторону вищих частот. Величина зрушення задається несучою, або опорною частотою допоміжного джерела змінної напруги, яка називається джерелом модульованого сигналу. Якість роботи модулятора залежить від відмінності між частотами опорного модульованого сигналу і вхідного модулюючого. Бажано, щоб виконувалося співвідношення fсигн=(0,1-0,01)∙fоп, тобто чим більше відмінність частот, тим вище якість перетворення сигналу модулятором.
У модуляторах, вживаних як вхідні пристрої УПТ, здійснюється амплітудна модуляція сигналу, яка полягає у тому, що амплітуда змінної опорної напруги змінюється відповідно до закону зміни повільно змінюючогося вхідного сигналу, що поступає з датчика. Таким чином, модульований високочастотний сигнал не містить низькочастотних складових, але, несе в собі інформацію про низькочастотний вхідний сигнал, яка закладена в змінах амплітуди вихідного сигналу модулятора. Інформація про знак вхідного сигналу міститься у фазовому куті змінної напруги або в полярності імпульсної послідовності вихідного сигналу. При зміні знаку сигналу на вході модулятора фаза його вихідної змінної напруги змінюється на 180 .
Найбільше поширення в якості вхідних пристроїв УПТ набули контактні і напівпровідникові модулятори. Контактні електромеханічні модулятори це віброперетворювачі. Вони можуть застосовуватись для перетворення навіть вельми слабких сигналів до одиниць і часток мікровольт. Крім того, в них практично відсутній дрейф. Напівпровідникові модулятори підрозділяються на діодні, що перетворюють сигнали близько 10 мВ, і транзисторні, які нормально працюють при вхідних напругах 1-5 мВ. Дрейф в напівпровідникових модуляторах складає приблизно 1 мкВ/хв.
Електромеханічний модулятор володіє практично лінійною статичною характеристикою, має низький поріг чутливості, високий вхідний опір (107-109 Ом). Втрата потужності вхідного сигналу на перетворення відсутня.
Головним недоліком електромеханічного модулятора є обмеженість частоти опірної напруги, яка визначається інерційністю якоря (50-400 Гц), у зв’язку з чим ці модулятори можуть застосовуватись для перетворення повільно змінюючихся сигналів з частотою в декілька Гц.
Напівпровідникові модулятори мають ширші частотні можливості, оскільки допускають застосування опірної напруги з частотою до 200-300 кГц. Розрізняють два типи напівпровідникових модуляторів: діодні та транзисторні, однонапівперіодні і двонапівперіодні. Розглянемо схему двонапівперіодного діодного кільцевого модулятора, наведену на мал. 1, що найчастіше зустрічається. Він відрізняється простотою конструкції, має в той же час високий коефіцієнт перетворення, низький процентний склад вищих гармонік у вихідному сигналі, крім того, на його виході відсутня постійна складова.
Мал. 1 Схема двопівперіодного діодного кільцевого модулятора
Кільцевий модулятор це шестиполюсник з двома входами і одним виходом. На первинну обмотку трансформатора TV1 подається опорна напруга Uоп постійної амплітуди, причому після трансформації значення амплітуди повинно завжди перевищувати рівень вхідної, повільно змінної напруги Uвх, що подається на другий вхід модулятора. Протягом одного з напівперіодів опорної напруги струм протікає через діоди VD1 і VD2, а протягом іншого - через діоди VD3, VD4. Якщо вхідний сигнал дорівнює нулю (Uвх=0), то струми i1 і i2, створювані однаковими по величині е.р.с. e1 і e2, кожної з половин вторинної обмотки трансформатора TV1, в перший напівперіод опорної напруги, будуть також однакові по величині, але протилежні по напряму, отже, струм в первинній обмотці трансформатора TV2 (верхня частина обмотки) відсутній, оскільки i = i1 - i2 = 0. Аналогічно, струми i3 і i4, створювані е. р. с. е1 і е2 в другий напівперіод опорної напруги, будуть також рівні і протилежні по напряму, внаслідок чого струм в первинній обмотці трансформатора TV2 (нижня частина обмотки) відсутній: i = i3 - i4 = 0. Тобто вихідний сигнал модулятора дорівнюватиме нулю. При подачі на вхід повільно змінюючогося сигналу Uвх відбувається підсумування напруги сигналу з е. р. с. е1 і е2е'1 = е1+Uвх; e'2 = e2 - Uвх, внаслідок чого рівність е. р. с. порушується: | e'1| = | e'2|. В наслідок чого в кожному з напівперіодів через одну з половин первинної обмотки трансформатора TV2 протікатиме результуючий струм, рівний i = i1 - i2 для позитивного напівперіоду або i = i3 - i4 для від’ємного. Імпульс результуючого струму по тривалості приблизно рівний напівперіоду опорної напруги, а його амплітуда пропорційна напрузі вхідного сигналу. Таким чином, на опорі навантаження Rн виділятиметься напруга у вигляді послідовності позитивних і від’ємних імпульсів трапецеїдальної форми (мал. 1,б), що чергується, з частотою проходження, рівній частоті опорної напруги. Для виділення першої гармоніки на виході модулятора включають фільтри, що настроюються в резонанс на частоту першої гармоніки. Простим фільтром може служити ємність, що включається паралельно первинній або вторинній обмотці трансформатора TV2. При зміні полярності вхідного сигналу відбувається зміна полярності вихідної імпульсної послідовності, а це спричиняє за собою зміну фази першої гармоніки вихідного сигналу на 180 .