Модулятор и демодулятор следящей системы

ГЛАВА VIII. МОДУЛЯТОР И ДЕМОДУЛЯТОР СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ.

8.1. Принцип действия

Модулятор преобразует низкочастотный сигнал в высокочастотный, содержащий в себе информацию о преобразуемом сигнале в виде огибающей.

Демодулятор преобразует высокочастотный сигнал в сигнал, содержащий в себе информацию о законе изменения огибающей, содержащейся в преобразуемом сигнале.

Рассматриваемые модуляторы и демодуляторы являются ключевыми устройствами и осуществляют, в соответствии со своим названием, модулирование или демодулирование (детектирование) входного сигнала, т.е. коэффициент передачи К этих устройств меняется во времени релейно, с частотой опорного напряжения, управляющего ключом (рис.1), где k₁(t) – для однополупериодного, а k₂(t) – для двухполупериодного устройства).

Простейший ключ – это транзистор, работающий в ключевом режиме (рис. 2,а).

Этот ключ можно использовать как для модуляции, так и для демодуляции входного сигнала U_вх.

Рассмотрим случай, когда этот ключ работает демодулятором (рис. 2,б).

Рассматриваемый транзисторный ключ (рис. 2,а) закрывается в случае знаков входного и опорного напряжений, изображенных на рисунке без скобок. В случае знаков в скобках – ключ открывается. Поэтому данный детекторный ключ пропускает входной сигнал на выход только в течении одного полупериода, а во второй полупериод ключ размыкает цепь, и входной сигнал на выход не пропускается (однополупериодной детектирование).

Пропускаемые на выход полуволны входного сигнала, как видно из рис. 2,б, своими пиками описывают огибающую, содержащуюся во входном сигнале. Это значит, что цель демодуляции достигнута.

Ясно, что частота изменения опорного напряжения должна быть равной частоте изменения входного сигнала (частоте несущей).

Теперь рассмотрим работу того же ключа (рис. 2,а) в режиме модуляции (рис. 2,в).

В отличие от демодулятора, в модуляторе не требуется равенства частоты изменения опорного напряжения частоте изменения входного сигнала (поэтому сочетание знаков в скобках и без скобок для входного и опорного сигналов на рис. 2,а, возможно любое).

Рассматриваемый модуляторный ключ пропускает или не пропускает входной сигнал на выход в зависимости от знака опорного напряжения. Опорный сигнал меняет свой знак с определенной частотой, поэтому входной сигнал будет появляться на выходе с той же частотой в виде импульсов, величина которых определяется величиной входного сигнала, пропускаемого в данный момент на выход. Таким образом, осуществляется                          однополупериодная модуляция входного сигнала.

Из рис. 2,б и рис. 2,в видно, что данные демодуляторы и модуляторы являются фазочувствительными.

Ключ, изображенный на рис. 2,а характеризуется существенной неидеальностью, проявляющейся в следующем: когда транзистор открыт, тогда, как известно, падение напряжения на его переходе коллектор – эмиттер не равно нулю, имеет место остаточное напряжение насыщения U_ост=U_кэнас. Поэтому, даже если входной сигнал нулевой, сигнал на выходе не равен нулю, что является ошибкой преобразования. Когда транзистор закрыт, тогда вследствие протекания тока утечки при нулевом сигнале на входе – сигнал на выходе будет отличен от нуля, что также является ошибкой преобразования.

Перечисленные ошибки преобразований данного ключа можно существенно уменьшить, если перейти к схеме из двух инверсно включенных транзисторов (рис. 3).

Этот ключ работает аналогично рассмотренному однотранзисторному ключу с той разницей, что ошибки в его работе, вызванные неидеальностью транзисторного ключа, будут значительно меньшими. Это обеспечивается встречным включением транзисторов, вследствие чего остаточные напряжения и токи утечки транзисторов частично компенсируют друг друга:

|U_ост| = |U_ост1 – U_ост2|, |I_ут| = |I_ут1 – I_ут2|.

Величина остаточного напряжения U_ост при инверсном включении транзисторов меньше, чем при прямом.

Таким образом, при нулевом входном сигнале – ошибочное отклонение выходного сигнала от нуля в рассмотренном двухтранзисторонм ключе окажется меньшим, чем в однотранзисторном ключе.

8.2 Коэффициент передачи

Как было сказано, коэффициент передачи k модулятора и демодулятора, которые здесь рассматриваются, изменяются во времени релейно. Поэтому условимся, что, говоря "коэффициент передачи", будем подразумевать значение усредненного модуля коэффициента передачи устройства.

Коэффициент передачи однополупериодных устройств.