Фазовый и частотный демодуляторы

При использовании БМ в режиме фазовой демодуляции (рис. 1.7) на входы БМ 1подают напряжения одной и той же частоты, но со сдвигом фаз на угол φ. Пусть один из сигналов будет UC1 (t)= Um1 ⋅cos (ω0⋅ t), а второй — UC2 (t)= Um2 ⋅cos (ω0⋅ t +ϕ), тогда в соответствии с (1.15) на выходе БМ 1 появится напряжение

UБМ (t)= k ⋅ Um1 ⋅ Um2/ 2 ⋅[cos (2ω0⋅ t +ϕ)+cos (ϕ)]. (1.21)

Рисунок 1.7 — Фазовый демо-

Дулятор

Рисунок 1.8 — Частотный демо-

дулятор

Если с помощью ФНЧ 2 отфильтровать составляющую с удвоенной частотой, то на выходе ФД будет постоянное напряжение, пропорциональное косинусу угла φ:

UВЫХ (t)=(K 1⋅ Um1 ⋅ Um2/2) ⋅cos (ϕ). (1.22)

Синхронный (линейный) амплитудный демодулятор

На основе БМ можно реализовать синхронный демодулятор (СД) АМ сигналов (рис. 1.10) с линейной амплитудной характеристикой. В этом случае на линейный вход БМ 1 подается АМ сигнал, а на управляющий – только немодулированная несущая, которую обычно получают с помощью ограничителя 2 из анализируемого сигнала. Если АМ сигнал представить в виде произведения Uс1 (t)= UM (t)cos(ω0⋅ t), где UM (t) соответствует выражению (1.19), а управляющий – единичной функцией Uс2 (t)=cos (ω0⋅ t),

то напряжение на выходе БМ 1

Рисунок 1.10 — Синхронный (линейный)

демодулятор АМ сигналов

UБМ (t)= k ⋅[ U M (t)⋅cos(ω0⋅ t)]⋅cos(ω0⋅ t)= k ⋅ U M (t)/2 ⋅(1+cos (2⋅ω0⋅ t)).

После ФНЧ 3 получим с соответствующим масштабным коэффициентом K 1 исходный неискаженный модулирующий сигнал (1.19)

UВЫХ (t)= K 1⋅ U М (t)/2. (1.23)

Постоянная составляющая, содержащаяся в напряжении (1.23), может быть исключена с помощью фильтра верхних частот (ФВЧ).

Методы реализации ПС на основе операций логарифмирования и антилогарифмирования сигналов, на основе изменения проводимости канала ПТ, на основе использования время амплитудного преобразования

Здесь для получения требуемых передаточных функций используется ВАХ эмиттерного перехода БТ в режиме КЗ коллекторного перехода, которая аппроксимируется

соотношением (1.22). Режим КЗ коллекторных переходов БТ1 и БТ2 обеспечивается за

счет бесконечно малой разности потенциалов между входами ОУ1 и ОУ2.

Напряжение на эмиттерном переходе, как следует из соотношения (1.22),

UБЭ =φ_T⋅ln(I Э/I Э0)= M ⋅log10(I Э/I Э0), (1.31)

где M =φ_T⋅ln 10 – множитель, учитывающий различия в основаниях натурального и

десятичного логарифмов и температурного потенциала φ_T; при нормальных условиях M ≈60 мВ.

В логарифмическом усилителе канала преобразователя напряжения Uс1 (t) токэмиттера БТ1 соответствует току I 1, протекающему через резистор R 1 под воздействием анализируемого сигнала:− I Э1 = I 1= Uс1 (t)/ R 1, (1.32)

а выходное напряжение ОУ1 в этом же канале соответствует напряжению UБЭ.1 (1.31),причем с учетом полярности включения БТ1 оно имеет отрицательный знак:

UВЫХ.1 =− U БЭ1 =− M ⋅log₁₀(− I Э1/I Э0)=− M ⋅log₁₀(Uc1 (t)/ R 1⋅ I Э0 ≈− M ⋅log₁₀ (Uc1 (t)). (1.33)

Выходное напряжение ОУ2 для канала преобразования напряжения Uс2 (t) можем записать по аналогии с выражениями (1.33) и (1.32)

UВЫХ.2 =− M ⋅log10 (Uc2 (t)). (1.34)

Напряжение на выходе инвертирующего сумматора, построенного ОУ3 с одинаковыми по номиналу резисторами в цепи ООС, с учетом соотношений (1.33) и 1.34приобретает вид

UВЫХ. Σ= M ⋅log10 (Uc1 (t))+ M ⋅log10 (Uc2 (t))= M ⋅log10 [ Uc (t)⋅ Uc2 (t)]. (1.35)

В антилогарифмирующем усилителе, выполненном на ОУ4 (см. рис. 1.14), осуществляется обратное преобразование сигналов также с помощью ВАХ эмиттерного перехода БТ3. Так как на основании уравнения (1.31)

I Э3 = I Э0 ⋅10 ^UБЭ3/M, (1.36)

а напряжение на БТ3 соответствует выходному напряжению (1.35) сумматора

UВЫХ = I OC ⋅ ROC =− I Э3 ⋅ RОС ⋅10[ Uc (t)⋅ Uc2 (t)]=− I Э3 ⋅ RОС ⋅ Uc (t)⋅ Uc2 (t). (1.37)

Как видно из полученного выражения (1.37), выходное напряжение ПС с точностью до постоянного коэффициента равно произведению входных сигналов. Для высокоточного преобразования сигналов используют специально подобранные полупроводниковые элементы (диоды, транзисторы), так называемые модули, работающие в различных диапазонах токов. Высококачественный полупроводниковый БТ обладает точной логарифмической функцией в интервале изменения тока эмиттера

до 4...6 декад. Рассмотренный ПС может быть реализован в едином технологическом цикле в виде полупроводниковой ИС со стабильными характеристиками.

Дата добавления: 2015-11-28