Контрольные вопросы к разделам 6.1 - 6.3

1. Назначение ограничителей.

2. Ограничение сверху, ограничение снизу, двустороннее ограничение.

3. Ограничители параллельного и последовательного типа.

4. Схемы ограничителей на диодах, стабилитронах, ОУ.

5. Нуль-органы, схемная реализация элементов сравнения.

6. Выполнение математических операций с аналоговыми сигналами. Схемы функциональных узлов на ОУ для выполнения сложения, вычитания, интегрирования, дифференцирования, логарифмирования, взятия антилогарифма, умножения и деления.

6.4 Амплитудная модуляция

Амплитудной модуляцией называется процесс изменения амплитуды гармонического сигнала (несущей частоты) по закону измеряемого параметра (модулирующий сигнал). Обычно частота несущего колебания гораздо больше частоты модулирующего сигнала. Математическое выражение АМ колебания при изменении модулирующего сигнала по закону косинуса имеет вид

U_(t) = U_mо(1+ m cos t)cos _ot, (6.14)

где U_mо  – амплитуда и частота несущего колебания;

 – частота модулирующего сигнала;

m – индекс модуляции.

Индекс модуляции определяется соотношением

(6.15)

где Um_max = U_mо(1 + m) – максимальное значение амплитуды;

Um_min = U_mо(1 - m) – минимальное значение амплитуды.

График АМ колебания приведен на рисунке 6.8а.

а б в

а – график; б – модулятор; в – спектр АМ-колебания

Рисунок 6.8 – АМ - колебание

Из выражения (6.4) следует, что для осуществления АМ необходимо перемножить несущее и модулирующее колебания. Следовательно, для выполнения умножения необходим шестиполюсник (рисунок 6.8б).

При модуляции гармоническим сигналом (косинусоидальным) результирующее колебание можно представить в виде суммы колебаний (6.6):

U_(t) = U_mо cos ₀t + 0,5mU_mо cos(₀ - )t + 0,5mU_mо cos(_о + )t .

Таким образом, спектр АМ-колебаний состоит из трех составляющих: нижней боковой, несущей, верхней боковой (рисунок 6.8в).

На рисунке 6.9а изображена схема, в которой модуляция осуществляется подачей несущего и модулирующего колебаний на базу транзистора резонансного усилителя. Графики, иллюстрирующие работу модулятора, приведены на рисунке 6.9б.

а б

а – схема; б – диаграммы работы

Рисунок 6.9 – Базовый модулятор

Назначение элементов схемы: TV1, TV2 – подача входных сигналов; С₁, С₂ – фильтрация; R₁, R₂ – задание рабочей точки; L₁ – устранение замыкания входных сигналов через источник питания; С₃, L₂ – резонансный контур; L₃ – снятие выходного сигнала.

На рисунке 6.10 приведена схема эмиттерного модулятора на базе дифференциального усилительного каскада.

Рисунок 6.10 – Эмиттерный модулятор

6.5 Амплитудное детектирование

Детектирование - это преобразование, обратное модуляции, т.е. выделение из АМ-колебания модулирующего. На рисунке 6.11 приведены схемы простейших детекторов.

а

в

б

г

а – пиковый детектор; б – диаграммы работы; в – детектор среднего значения; г – детектор без динамического смещения

Рисунок 6.11 – Амплитудный детектор на диодах

Детектор (рисунок 6.11а) представляет собой однополупериодную схему выпрямления. Если нагрузка активно-емкостного типа, то выходное напряжение пропорционально амплитуде входного (рисунок 6.11в) (пиковый детектор). При соответствующем выборе постоян­ной цепи разряда напряжение на емкости повторяет амплитудное значение модулирующее колебание. При чисто активной нагрузке входное напряжение пропорционально среднему значению модулирующего напряжения (детектор средневыпрямленного значения). Обычно входной сигнал подается на детектор через разделительный конденсатор (рисунок 6.11.в). В такой схеме возникает так называемое динамическое смещение диода, из-за которого нормальная работа детектора может быть нарушена.

При прохождении тока во время положительной волны напряжения на С₁ появляется постоянное напряжение, которое смещает рабочую точку диода на ВАХ (аналогично, как в ограничителях). Для устранения этого явления используют схему на рисунке 6.11г, в которой дополнительно введены VD1 и R₂. В результате этого через С₁ в отрицательный и положительный полупериоды протекает в противоположных направлениях. При условии R₂ = R₃ смещение рабочей точки диода не происходит. Детекторы на диодах имеют следующие недостатки: невозможность детектирования малых сигналов, нелинейность передаточной характеристики, низкая точность и стабильность, изменение характеристики при смене диода. Для качественного детектирования используют схемы на ОУ. Схема двухполупериодного детектора с использованием ОУ приведена на рисунке 6.12.

а б

а – схема; б – диаграммы работы

Рисунок 6.12 – Двухполупериодный детектор на ОУ

ОУ DA1 работает с положительной полуволной, а DA2 с отрицательной. На DA3 собран сумматор. Коэффициенты передачи для каждой полуволны должны быть одинаковы. Для выполнения это условие необходимо, чтобы R₁ = R₂ = R₃ = R₄; R₅ = R₆; R₇ = R₈; R₉ = R₁₀. Диаграммы работы выпрямителя показаны на рисунке 6.12б и дополнительных пояснений не требуют.