МОДУЛЯТОРИ

МОДУЛЯТОРИ

Суть процесу модуляції полягає в перетворенні низькочастотного сигналу в сигнал більш високої частоти. Величина зсуву за частотою задається з допомогою коливань високої частоти, яку радіотехніці звичайно називають несучою,а в пристроях автоматики — опорною,або керуючою.

Припустімо, що опорна напруга має синусоїдальну форму і записується у вигляді

При чисто синусоїдних коливаннях усі три параметри, що характеризують коливання, тобто амплітуда U_m,частота со і початкова фаза φ₀, є сталими величинами. Модуляція полягає втому, що один з параметрів змінюється відповідно до змін корисного сигналу. Залежно від того, який з параметрів змінюється, розрізняють три види модуляції: амплітудну, частотнуі фазову.

Припустімо, що під впливом вхідного сигналу ±Овх (t)змінюється амплітуда високочастотних коливань, внаслідок цього на виході модулятора матимемо напругу

або

Коливання, що описуються цими рівняннями, уже не є синусоїдними. Синусоїдні коливання повинні мати сталу амплітуду, а з наведених вище виразів видно; що амплітуда коливань змінюється за часом відповідно до змін вхідного сигналу. Отже, модульовані коливання є коливаннями високої частоти, низькочастотних складових у їх складі немає. Проте модульовані коливання «несуть» у собі низькочастотний сигнал, закладений у змінах їх амплітуди.

З виразу (23-6) видно, що модулятор виконує не операцію додавання, а операцію перемноження двох функцій, тобто явно нелінійну операцію, а отже, повинен мати нелінійну вольт-амперну характеристику. Внаслідок нелінійного перетворення вихідна напруга матиме гармонічні складові. Звичайно з допомогою фільтрів виділяється перша гармоніка (оскільки вона має найбільшу амплітуду), а всі інші гармоніки подавляються.

Є різноманітні схеми модуляторів. Найчастіше в схемах підсилювачів постійного струму з перетворенням застосовують електромеханічні, діодні та транзисторні модулятори.

Електромеханічні модулятори звичайно виконують у вигляді віброперетворювачів. Віброперетворювач (рис. 255, а)складається з постійного магніту 1, між полюсами якого вібрує якір електромагніта 2,виконаний у вигляді пластини із закріпленим нижнім кінцем. Котушка збудження електромагніту 3живиться змінним струмом опорної частоти, і частота вібрацій відповідає частоті струму, що проходить через цю котушку. Кожний раз, коли якір переходить з одного крайнього положення в інше, він замикає коло одного нерухомого контакту і відповідно розмикає коло другого нерухомого контакту. Положення нерухомих контактів 4і

5регулюється з допомогою гвинтів 6. При вібраціях якірної пластини змінюється напрям струму в первинній обмотці вхідного трансформатора (рис. 255, б). У вторинній обмотці трансформатора наводиться змінна є. р.с. прямокутної форми з частотою, що дорівнює частоті струму в котушці збудження 3.

Конденсатор С₁забезпечує виділення першої гармоніки змінної напруги на виході віброперетворювача, подавляючи складові більш високих частот. Частота перемикань звичайно становить 50 або 100 гц, хоча в деяких типах віброперетворювачів частота перемикань може бути 400 — 1000 гц.

Сучасні віброперетворювачі дають змогу знизити дрейф до величини кількох тисячних часток мілівольта за добу. Незважаючи на величезну

кількість перемикань протягом досить тривалого строку служби, віброперетворювачі, як правило, не потребують регулювання. Іноді для перетворення сигналу постійної напруги використовують звичайні поляризовані реле, у конструкції яких багато спільного з віброперетворювачами.

Схему діодного модулятора наведено на рис. 256, а. Напівпровідникові діоди В₁ — В₄утворюють плечі моста. До діагоналі аb цього моста підімкнено вторинну обмотку трансформатора, з якої знімається змінна напруга з опорною частотою. Протягом того півперіоду зміни напруги U_оп, коли потенціал точки а вищий від. потенціалу точки b,усі діоди моста відкриті, і струм від трансформатора проходить через дві паралельні вітки, утворені діодами В₁В₂ і В_зВ₄,Точки с і d моста при цьому сполучаються між собою через невеликий внутрішній опір відкритих діодів.

У розглядувану частину періоду міст, що має малий опір порівняно з R,закорочує джерело сигналу і майже вся напруга U_Mвиявляється прикладеною до R. Напруга між точками с і d практично дорівнює нулю.

У другу половину періоду змін напруги U_On, коли потенціал точки а нижчий від потенціалу точки Ь, усі діоди моста заперті. Конденсатор Сзаряджається від джерела сигналу через опір R. Спад напруги на цьому опорі дуже незначний і практично напруга U_cd, тобто вихідна напруга, дорівнює вхідній. Отже, діодний міст нагадує ключ, що періодично замикає і розмикає коло вхідного сигналу, завдяки чому напруга U_в_axмає характер прямокутних імпульсів з частотою опорної напруги. Неважко побачити, що фаза вихідної напруги при зміні полярності вхідної напруги змінюється на 180°. При використанні кремнієвих діодів схема може працювати з дрейфом, що не перевищує 1 мкв/xe. Оскільки вольт-амперні характеристики напівпровідникових діодів практично не починаються з нуля, то діодні модулятори починають працювати при порівняно великих вхідних напругах (близько 10 же), тобто чутливість таких модуляторів є невеликою. Вищу чутливість (до 1 мв)мають транзисторні модулятори. Принцип роботи транзисторного модулятора пояснено на рис. 256, б. На ділянку база — емітер транзистора подається змінна напруга U_он. Опір емітер. — колектор увімкнено в коло вхідного сигналу. В одному з півперіодів змінної напруги транзистор виявляється запертим, і його внутрішній опір становить десятки мегом. При цьому коло вхідного сигналу можна вважати розімкненим і напруга U_Вих практично дорівнює нулю. У наступний півперіод, коли до ділянки база — емітер прикладено пряму напругу, внутрішній опір транзистора різко зменшується, досягаючи кількох ом; у цьому разі напруга U_ви_x майже дорівнює напрузі U_вих. Отже, транзистор працює в режимі ключа.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 Следующая ⇒