Rc-генератор прямоугольных импульсов на интегральном усилителе постоянного тока. Измерительный преобразователь среднего значения, страница 15

Рассмотрим подробнее назначение и работу блоков тракта МДМ.

Структурная схема тракта МДМ показана на рис.1.

Рис.1 Усилитель с трактом модулятор-демодулятор

Устройство управления УУ вырабатывает импульсный сигнал частотой fм=1/Т (Т – период модулирующих колебаний), которым осуществляется синхронное управление работой ключей модулятора М и демодулятора ДМ. Частота модуляции fм должна намного превышать максимальную частоту входного напряжения модулятора Uвх (обычно fм³10×fвх.макс).

Модулятор преобразует постоянный входной сигнал в переменный. Дрейф нуля устраняется введением после модулятора усилителя переменного тока У. Демодулятор преобразует переменный усиленный сигнал в постоянный. Фильтр Ф необходим для выделения среднего значения из выходного сигнала демодулятора, а также для сглаживания высокочастотной составляющей, обусловленной проникновением через паразитные ёмкости ключей модулятора и демодулятора высших гармоник от импульсных управляющих напряжений в информационный канал схемы.

Рассмотрим особенности работы конденсаторного модулятора. В схеме модулятора (рис.2а) используется реальное дифференцирующее звено и два ключа.

Рис.2 К пояснению работы конденсаторного модулятора

Ключи К1 и К2 управляются противофазными импульсными напряжениями Uупр1 и Uупр2 (когда ключ К1 замкнут, ключ К2 – разомкнут, и наоборот). Время замкнутого и разомкнутого состояния ключей одинаково и составляет Т/2. На рис.3 показаны схемы замещения конденсаторного модулятора для двух возможных случаев состояния ключей К1 и К2.

Рис.3 Схемы замещения конденсаторного модулятора:

а – ключ К1 замкнут, ключ К2 разомкнут;

б – ключ К1 разомкнут, ключ К2 замкнут.

В первый момент времени после замыкания ключа К1, и размыкания К2 (рис.3а), выходное напряжение модулятора (при условии, что в момент t=0 конденсатор разряжен):

, где t=RC.                                                                (1)

Согласно (1) после замыкания К1 в первый момент времени (t=0) напряжение на выходе модулятора будет равно Uвх. Период Т модулирующих колебаний выбирается так, чтобы переключение ключей в противоположное состояние (рис.3б) происходило до того момента, когда напряжение на выходе модулятора снизиться до нуля. Поэтому к моменту t=Т/2 (момент очередного переключения ключей) напряжение на выходе модулятора в соответствии с (1) составит

,                                                                           (2)

а напряжение на конденсаторе

                                              (3)

После переключения ключей (К1 – разомкнут, К2 – замкнут, рис.3б) напряжение Uм(t) будет определяться разрядным током конденсатора, заряженного, согласно (3), до напряжения Uc(T/2) и:

                                                                      (4)

Теперь напряжение на конденсаторе (схема рис.3б) будет определяться выражением:

,                                                                           (5)

где   Uc(Т/2) – напряжение на конденсаторе к моменту Т/2.

С учетом (5) формула изменения напряжения на выходе модулятора во второй половине периода Т модулирующих колебаний:

,                                        (6)

После многократного переключения ключей наступает установившийся режим, при котором напряжение на выходе модулятора будет иметь вид, представленный на рис.2б. Т.е. коэффициент передачи модулятора Км при tм®¥ равен ½ (отношение амплитуды выходного сигнала модулятора к входному). Погрешность DU выходного напряжения модулятора обусловлена потерей конденсатором части заряда под влиянием токов утечки и входного тока усилителя, на который нагружен модулятор.

Ключи релейного демодулятора работают синхронно с ключами модулятора. На выход пассивного демодулятора проходят усиленные импульсы только одной полярности (на рис.4 показаны штриховкой).