Исследование схемы амплитудного модулятора-демодулятора

2.1 Области применения МДМ

МДМ применяются в измерительно-преобразовательной технике, в частности демодулятор (ДМ) служит для фазочувствительного выпрямления сигналов переменного тока. Используется в измерительных системах с индуктивными, фотоэлектрическими и тензорезисторными преобразователями (датчиками).

Особенность применения ДМ состоит в том, что знак выходного напряжения ДМ меняется на противоположный при изменении фазы входного сигнала. Это дает возможность регистрировать кроме величины измерительных перемещений и направление этих перемещений.

Устройство, аналогичное рассматриваемому ДМ, выполнялось в виде диодного моста с дополнительным источником переменного тока и называлось кольцевой ДМ. Такие ДМ имеют низкое входное сопротивление, невысокую линейность преобразователя, ограниченный диапазон входных сигналов и не обеспечивают усиление этих сигналов.

В настоящее время схема МДМ выполняется на основе ОУ (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1

Резисторы R1, R2, R4 – образуют цепь ООС, причем в МДМ по данной схеме R2=R1, а R4 отсутствует.

R3 – ограничивает входной ток при замкнутом ключе S1 и повышает входное сопротивление схемы;

S1 – ключ, работающий на частоте входного сигнала U_вх или на частоте модуляции. Длительность замкнутого и разомкнутого состояния S1 должны быть одинаковыми t_замкн=t_{разомкн}, что обеспечивается сигналом управления U_у.

DA1 – ОУ с входным каскадом на полевых транзисторах, что исключает появление ложных сигналов за счет коммутации входных токов ОУ (от ключа S1), повышает входное сопротивление и понижает выходное сопротивление.

2.2 Принцип работы демодулятора

Ключ S1 периодически замыкается на частоте входного сигнала U_вх, синхронно с ним. Фаза коммутации S1 остается неизменной.

Рисунок 2.2

а) Когда ключ S1 замкнут, ОУ работает как инвертор, т.е. повторяет величину и меняет знак входного сигнала (как инвертирующий масштабный усилитель с соотношением R2/R1=1);

б) Когда ключ S1 разомкнут, ОУ работает как повторитель, т.е. повторяет и величину, и знак входного сигнала:

В результате, на выходе схемы получают однополярный пульсирующий сигнал U_вых^(t), знак которого определяется фазой входного сигнала a, а среднее значение определяется величиной входного сигнала (рисунок 2.2):

, где .

Недостатки данной схемы:

1) Непостоянство входного сопротивления в смежных полупериодах входного сигнала:

çç

, где

r_вх.диф^oc=r_вх.диф*(1+К_о*К_ос)

Так как, практически К_о=50*10³ ; К_ос=0,5-1, то r_вх.диф^oc>> r_{вх.синф}.

Тогда . Учитывая, что R3<< r_{вх.синф}, получим окончательно

.

2) Отсутствие усиления входного сигнала: U_вых.ср=0,9U_вх.

2.3 Принцип работы модулятора (МД)

Схема МД аналогична схеме ДМ, только меняется режим ее работы.

На сигнальный вход подается постоянное или медленно нарастающее напряжение, а ключ S1 должен работать на частоте модуляции f_m.

Рисунок 2.3

По аналогии с рассмотренным принципом работы схемы, изменение состояния ключа S1 вызывает изменение знака выходного сигнала U_вых через каждый полупериод, в результате получаем переменное выходное напряжение U_вых прямоугольной формы (рисунок 2.3). Фаза этого напряжения меняется на 180° (p), при изменении знака входного сигнала U_вх, амплитуда выходного напряжения U_вых.м повторяет уровень U_вх:

.