книги из ГПНТБ / Барсуков Ф.И. Элементы и устройства радиотелеметрических систем

мня частоты F необходимо выполнение двух следующих условии:

Обычно пиковые детекторы вносят существенные искажения при спаде модулирующего напряжения. Сво­ бодны от этого недостатка пиковые детекторы со сбро­ сом и селектируемые (управляемые) пиковые детек­ торы.

В радиотелеметрическнх системах АИМ и прерывис­ той (дискретной) регистрацией телеметрических сигма-

Рис. 5-17. Модуляция импульсов по ширине.

о — схема модулятора; 6 — структура сигнала.

лов никаких дополнительных преобразований в декодере не производится. Декодер в этом случае получается наи­ более простым.

Широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) называет­ ся такая модуляция, при которой по закону модулирую­ щего сигнала изменяется длительность (ширина) импуль­ сов периодической последовательности, амплитуда же импульсов остается постоянной. .

IG0

В РТС применяется преимущественно односторонняя ШИМ, при которой изменение ширины импульса проис­ ходит за счет смещения одного края импульса (обычно среза).

Одним из наиболее распространенных устройств по­ лучения ШИМ является триггер с одним устойчивым со­ стоянием равновесия (одновибратор) (рис. 5-17). Опро­ кидывание триггера происходит под действием положи­ тельных импульсов, подаваемых в коллекторную цепь транзистора ■7Т. Возвращение в исходноесостояние (обратное опрокидывание) происходит самостоятельно. Продолжительность интервала между первым и вторым опрокидываниями зависит от потенциала на базе тран­ зистора Т1. Если между базой и эмиттером Ті прило­ жить модулирующее напряжение, то длительность импульсов триггера будет изменяться пропорционально величине этого напряжения, т. е. будет осуществляться ШИМ.

На рис. 5-17,6 показана структура сигнала ШИМ. Сигнал с ШИМ (при передаче синусоидального сиг­

нала) в своем спектре содержит неискаженную состав­ ляющую полезного сигнала с амплитудой

в АИМ, а затем с помощью пикового детектора и ФНЧ производится Ёыделение модулирующего сигнала.

Радиотелеметрические системы с ШИМ обеспечивают хорошую линейность передачи телеметрических сигналов. Число калибровочных напряжений, передаваемых на приемную сторону в РТС с ШИМ, ограничивается двумя (сигналы нулевого и максимального возможного значе­ ний передаваемых сигналов).

Системы с ШИМ, однако, обеспечивают худшее, чем при АИМ, отношение сигнал/шум и имеют больший по­

ШИМ передается положениями фронта и среза импуль­ сов, средняя же часть импульсов ШИМ фактически ника­ кой информации не несет, и мощность радиопередатчика РТС в это время расходуется бесполезно. От этого не­ достатка свободны РТС с ФИМ. Из импульсов, модули-, рованных по длительности, сравнительно просто можно получить импульсы, модулированные по временному сдвигу (фазе — ФИМ). Для этого последовательность импульсов с ШИМ подается на дифференцирующую цепь, с выхода которой снимаются чередующиеся между собой короткие двуполярные импульсы. Импульсы одной из полярностей, полученные при дифференцировании среза импульсов ШИМ, будут модулированы по фазе. Эти импульсы путем ограничения выделяются и исполь­ зуются после предварительного формирования для пере­ дачи..

Обратное преобразование импульсов с ФИМ в импульсы с ШИМ (при демодуляции) осуществляется посредством триггеров с двумя устойчивыми состояния­ ми. Такой триггер запускается каждым опорным и опро­ кидывается в исходное состояние измерительным импульсом. Опорные импульсы передаются в моменты действия фронтов импульсов ШИМ и не изменяют свое­ го положения на временной оси.

Амплитуда полезной составляющей в спектре ФИМ

где F — частота модулирующего сигнала; Ат — девиация, измерительного импульса; ти — длительность измеритель­ ных импульсов; Т0— частота опроса канала.

Амплитуда полезного сигнала в спектре ФИМ оказы­ вается очень малой (значительно меньшей, чем при АИМ и ШИМ) и зависящей от частоты модулирующего сиг­ нала (F). В связи с этим демодуляция сигналов ФИМ путем фильтрации является нерациональной. Перед де­ модуляцией ФИМ прежде преобразуется в ШИМ или чаще в АИМ, а. затем путем фильтрации выделяется по­ лезная составляющая сигнала.

Преобразование ШИМ (ФИМ) в АИМ производится наиболее часто с помощью устройства, структурная схе­ ма которого приведена на рис. $-18,а,

162

На один из входов этого устройства (Вхі) поступает сигнал в виде последовательности уровней канальных напряжений (АИМ, рис. 5-20,а), снимаемый с выхода коммутатора. Фронты и спады канальных импульсов этого сигнала при использовании механического комму­ татора искажаются при набегании и обеганни подвижно­ го контакта с неподвижных ламелей. Поэтому только средняя часть импульсов, модулированных по амплиту­ де, достаточно точно характеризует значение телеметрируемой величины и эту среднюю часть импульсов в це-

Рис. 5-19. Структурная схема преобразователя сигналов АИМ в ФИМ.

лях повышения точности измерений целесообразно пре­ образовывать в ФИМ.

На другой вход преобразователя (Вхг) поступает также с коммутатора периодическая последовательность строб-импульсов (рис. 5-20,6), следующих с частотой ка­ нальных импульсов. В механическом коммутаторе стробимпульсы формируются посредством дополнительного устройства, имеющегося в коммутаторе. В схеме форми­ рования строб-импульсы нормируются по амплитуде и длительности (рис. 5-20,е) и с выхода этой схемы посту­ пают на модулятор строб-импульсов. На другой вход

Модулятора через согласующий эмиттерный повторитель подается последовательность уровнен канальных напря­ жений.

В качестве модулятора в таких устройствах обычно используется диодный логический элемент И с двумя входами, работающий в режиме модуляции, при котором стробирующие импульсы имеют неизменную амплитуду,

ик

Рис. 5-20. Временные диаграммы работы пре­ образователя АИМ в ФИМ.

превышающую наибольшее значение уровней канальных напряжений.

На выходе модулятора формируется последователь­ ность канальных импульсов с крутыми фронтами, нор­ мированных по длительности и модулированных по амплитуде (рис. 5-20,а) в соответствии с изменением уровней канальных напряжений. Эти импульсы поступа­ ют далее в преобразователь АИМ в ЩИМ.

165

Работа преобразователя АИМ—ШИМ основана на заряде конденсатора до уровня, соответствующего амплитуде входного импульса (рис. 5-20,0), а затем про­ исходит произвольный разряд конденсатора до некоторо­ го определенного уровня (потенциала сравнения). При этом время разряда. ДА, ДА, ..., ДА оказывается практи­ чески линейно зависящим от потенциала, до которого был заряжен конденсатор (рис. 5-20,д). Момент начала разряда конденсатора совпадает со спадом стробирую­ щего импульса (рис. 5-20,0). Поэтому со спадом строби­ рующего импульса производится запуск схемы формиро­ вания канальных опорных импульсов (рис. 5-20,а), от которых отсчитывается длительность канальных времен­ ных интервалов ДА, ДА, ..., ДА-

В момент окончания разряда конденсатора в схеме вырабатывается напряжение для запуска схемы форми­ рования измерительных импульсов (рис. 5-20,е). Времен­ ное смещение измерительного импульса относительно опорного прямо пропорционально величине телеметрируемого параметра.

На рис. 5-21 приведена упрощенная принципиальная схема преобразователя АИМ—ШИМ (ФИМ). При одно­ временном воздействии на входы схемы И(Я»і и Вх2) нормированного строб-импульса и канального напряже­ ния (оба сигнала положительной полярности) на выходе

-Еі

166

запирается, а конденсатор С в его эмиттерной цепи при этом заряжается через диод Дз до уровня входного на­ пряжения (амплитуды входного импульса). После окон­ чания действия строб-импульса начинается разряд кон­ денсатора через резистор Дз и источник —Е2. Во время разряда диоды Д 3 и Д і закрыты так, что цепь разряда оказывается изолированной и переходные -процессы в других цепях не влияют на процесс разряда.

Во время разряда конденсатора С напряжение на нем проходит через нулевой уровёнь относительно общей точки источников питания (корпуса), так как Е2~>Еі. При этом Д і открывается и изменение напряжения на конденсаторе С начинает передаваться на базу нормаль­ но закрытого транзистора Т2. Разряд конденсатора С продолжается до момента сравнения потенциала на базе Т2 с потенциалом на эмиттере, который задается делиг телем Ri, R& и повторяется эмиттерным повторителем Т2. При сравнении потенциалов базы и эмиттера транзистор Тг открывается, на его коллекторе образуется перепад напряжения, из которого формируется измерительный импульс.

Включение трансформаторной положительной обрат­ ной связи позволяет увеличить крутизну фронта и спада формируемого импульса.

Г Л А В А Ш Е С Т А Я

ЭЛЕМЕНТЫ РТС С КОДОВО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

6-1. П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л И А Н А Л О Г - К О Д

Для представления непрерывных электрических величин (преимущественно напряжения) в цифровой код применяется большое количество способов. В соответст­ вии с принципом действия преобразователи аналог-код разделяются на три группы: преобразователи последова­ тельного счета, преобразователи сравнения и вычитания (поразрядного кодирования) и преобразователи считы­ вания.

В РТС наибольшее применение находят циклические преобразователи последовательного счета с промежу­ точным преобразованием входного напряжения во вре-

167

ществлять в единицу времени (Fnv). У разный типов пре­ образователей быстродействие колеблется от нескольких

десятков до нескольких сот тысяч преобразований в се­ кунду.

Преобразователи последовательного счета. В преоб­ разователях последовательного счета производится по-

169