Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое демодулятор, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое демодулятор, амплитудные детекторы, амплитудный детектор , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов.
При обсуждении видов модуляции принимаемого сигнала, применяющихся в наземных системах мобильной радиосвязи, мы выяснили, что амплитудная модуляция не применяется в системах наземной радиосвязи. Амплитудную модуляцию применяют только в диапазоне частот 118...136 МГц для связи с самолетами. В цифровых системах наземной мобильной радиосвязи, в том числе и сотовой связи, амплитудные детекторы (демодуляторы) в чистом виде не применяются. Однако, учитывая, что практически все современные виды цифровой модуляции содержат амплитудную составляющую, в видоизмененном виде в цифровом демодуляторе присутствует амплитудный детектор. Причем, если учесть, что индекс этой паразитной модуляции составляет не 30%, как в аналоговой АМ, а достигает 100%, то сложность решаемых задач возрастает на порядок.
Тем не менее для полноты картины рассмотрим схему амплитудного детектора, позволяющего превратить значения амплитуды высокочастотного сигнала в низкочастотные колебания. Первоначально амплитуду высокочастотного колебания выделяли на электронных приборах с нелинейной вольтамперной характеристикой,таких как полупроводниковые диоды и транзисторы. Требующаяся для амплитудного детектирования вольтамперная характеристика (ВАХ) нелинейного элемента приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Вольтамперная характеристика нелинейного элемента, необходимая для детектирования амплитудной модуляции
При прохождении амплитудно-модулированного сигнала через электронный прибор с вольтамперной характерестикой, приведенной на рисунке 1, в выходном токе появляется составляющая, пропорциональная амплитуде входного сигнала. Процесс детектирования на электронном приборе с подобной вольтамперной характеристике поясняется на рисунке 2.
Рисунок 2. Процесс детектирования амплитудно-модулированного сигнала на линейной ВАХ
Реальные вольтамперные характеристики нелинейных элементов (таких как полупроводниковые диоды или транзисторы), применяющихся в амплитудных детекторах, значительно отличаются от требующейся ВАХ. В результате амплитудная характеристика детектора получается существенно нелинейной. У вольтамперных характеристик этих электронных приборов наблюдается ступенька в районе 0,2 ... 0,8 В. Наименьшей ступенькой обладают диоды Шоттки и обращенные диоды. Именно такие диоды и применяются в амплитудных демодуляторах. Пример вольтамперной характеристики полупроводникового диода Шоттки приведен на рисунке 3.
Рисунок 3. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода
Пример принципиальной схемы амплитудного детектора, выполненного на полупроводниковом диоде, приведен на рисунке 4. По таким схемам строятся и схемы вольтметров переменного тока.
Рисунок 4. Принципиальная схема амплитудного детектора
В данной схеме присутствует значительное влияние выходной цепи детектора на характеристики детектирования, точка перегиба вольтамперной характеристики не совпадает с нулевым значением напряжения входного сигнала. Все это приводит к тому, что в диодной (или транзисторной) схеме амплитудного детектора при росте глубины модуляции растут нелинейные искажения.
При глубине модуляции m = 0,5 нелинейные искажения достигают 10 %, а приm = 1 — уже 25 %. Такой уровень нелинейных искажений недопустим для современной аппаратуры. График зависимости нелинейных искажений от глубины модуляции в диодном детекторе приведен на рисунке 5.
Рисунок 5. Зависимость нелинейных искажений от глубины модуляции в диодном детекторе
В настоящее время в качестве амплитудных детекторов обычно используются синхронные детекторы. Основным узлом синхронного детектора является аналоговый умножитель ( смеситель частот). Для того, чтобы умножитель осуществил перенос спектра сигнала промежуточной частоты на нулевую частоту (осуществил амплитудную демодуляцию сигнала), нужно на второй вход аналогового умножителя подать напряжение промежуточной частоты с фазой, совпадающей с фазой принимаемого сигнала. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Подробно принципы работы синхронного детектора были рассмотрены при обсуждении принципов работы приемника прямого преобразования.
В этой схеме очень важно, чтобы сигнал, поступающий на один из входов умножителя, собранного на транзисторах имел постоянную амплитуду. Только в этом случае сигнал на выходе схемы будет пропорционален амплитуде входного сигнала. Если же амплитуда сигнала на обоих входах умножителя будет изменяться, то мы получим квадратичный амплитудный детектор, сигнал на выходе которого будет пропорционален не амплитуде сигнала, а его мощности.
Для выделения опорного сигнала в современных радиоприемных устройствах применяется усилитель-ограничитель. На выходе усилителя-ограничителя формируется сигнал промежуточной частоты с прямоугольной формой и постоянной амплитудой. Этот сигнал подается на один из входов умножителя сигналов. На второй вход умножителя сигналов подается неограниченный сигнал промежуточной частоты с амплитудной модуляцией. Его уровень поддерживается на постоянном уровне системой автоматической регулировки усиления (АРУ). Структурная схема подобного амплитудного детектора приведена на рисунке 6.
Рисунок 6. Структурная схема амплитудного детектора, выполненного на аналоговом умножителе сигналов
Временные диаграммы сигналов на входах и выходе умножителя сигналов схемы синхронного амплитудного детектора приведены на рисунке 7.
Рисунок 7. Временные диаграммы сигналов на входах и выходе умножителя
Как видно из приведенных временных диаграмм сигналов, искажения на выходе схемы отсутствуют. Пример принципиальной схемы амплитудного демодулятора, выполненного по схеме синхронного детектора, приведен на рисунке 8.
Рисунок 8. Схема АМ детектора на аналоговом умножителе сигналов
В данной схеме амплитудного детектора на один вход детектора подается усиленный сигнал с амплитудной модуляцией, а на другой вход тот же самый сигнал, но ограниченный по амплитуде. В результате на выходе схемы появляется напряжение модуля входного сигнала (амплитуда входного сигнала).
Подобная схема амплитудных детекторов часто применяется в составе схемы современных радиоприемников. В качестве примера, на рисунке 9 приведена схема включения микросхемы АМ приемника TDA1072.
Рисунок 9. Схема АМ приемника на микросхеме TDA1072
В этой схеме на одном кристалле расположены все рассмотренные ранее блоки радиоприемного устройства. На входе микросхемы сигнал поступает на усилитель радиочастоты, затем он подается на балансный транзисторный смеситель. С выхода балансного смесителя (вывод 1) сигнал через пьезокерамический фильтр промежуточной частоты поступает на вход усилителя промежуточной частоты (выводы 3 и 4), соединенным с балансным амплитудным детектором. После усиления демодулированного сигнала усилителем низкой частоты звуковой сигнал снимается с вывода 6. Для контроля уровня принимаемого сигнала к девятому выводу микросхемы может быть подключен амерметр, который превращается в индикатор уровня при помощи резистора RL9.
Простейший ФД — логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ». При подаче на вход этого элемента двух прямоугольных колебаний равных частот с равной скважностью, например, меандры, с нулевым фазовым сдвигом его выходное напряжение равно нулю (логический 0). При ненулевом сдвиге фаз на выходе элемента формируются импульсы, среднее значение которых прямо пропорционально фазовому сдвигу и достигает максимума (на выходе логическая 1) при сдвиге равном {\displaystyle \pi }
в случае сигналов со скважностью 2. Фазовый детектор этого типа нечувствителен к знаку разности фаз, поэтому для получения монотонной зависимости выходного сигнала от разности фаз один из сигналов должен иметь начальный фазовый сдвиг, оптимально равный {\displaystyle \pi /2}
для меандров. Для усреднения импульсного выходного сигнала на выходе этого фильтра устанавливают фильтр нижних частот (ФНЧ).
Другой тип ФД — это четырехквадрантные перемножители двух входных сигналов, которые часто называют балансными смесителями. На выходе балансного смесителя присутствуют удвоенная частота входных сигналов и постоянная составляющая, пропорциональная разности фаз, что следует из выражения:
Первое слагаемое результата перемножения не зависит от времени, а только от разности фаз, и представляет собой постоянную составляющую на выходе фазового детектора. Второе слагаемое — гармоническое колебание с удвоенной частотой входных сигналов — высокочастотной составляющей. Обычное применения балансного смесителя — в качестве смесителя частот. Если же балансный смеситель предназначен для выделения разности фаз сигналов равных частот, то высокочастотную составляющую отфильтровывают с помощью ФНЧ.
Если разность фаз сигналов невелика, то выходной сигнал фазового детектора приближенно линейно зависит от разности фаз в соответствии с приближенным равенством — ограничения разложения функции синуса в ряд Маклорена {\displaystyle \sin x=x-{\frac {x^{3}}{3!}}+{\frac {x^{5}}{5!}}-{\frac {x^{7}}{7!}}+...}
первым членом:
Схемотехнически балансные смесители обычно строятся по схемам кольцевых модуляторов или по схеме ячейки Гилберта.
ФД этого типа чувствительны к относительному положению фронтов входных сигналов. Например, если сигнал А опережает сигнал Б, то на выходе этого ФД формируются импульсы положительной полярности с длительностью пропорциональной разности фаз и с частотой повторения равной частоте входных сигналов. Если сигнал Б опережает сигнал А, то на выходе формируются импульсы отрицательной полярности. Для получения выходного напряжения, пропорционального разности фаз на выходе ФД применяют ФНЧ.
Традиционное применение ФД — в следящих системах автоподстройки частоты, где ФД, совместно с генератором переменной частоты, управляемый напряжением (ГУН) включены в контур отрицательной обратной связи. Сигналом задания для этой системы автоматического регулирования является частота входного сигнала, а ФД является сравнивающим устройством. В передаточную функцию ФНЧ, установленном на выходе ФД перед ГУН, дополнительно вводят ноль, для обеспечения запаса устойчивости по фазе. В простейшем случае, если ФНЧ является RC-фильтром НЧ, то ноль в передаточной функции можно получить включив резистор с нужным сопротивлением последовательно с конденсатором фильтра.
Также ФД используются в синтезаторах, умножителях и делителях частот. В этих системах на вход ФД подаются не сами сигналы, а сигналы, полученные в результате умножения, деления, суммирования или вычитания нужных частот.
В радиосвязи ФД применяется в системах автоподстройки частоты гетеродина в супергетеродинных радиоприемников.
В телефонии ФД применяется в устройствах декодирования тонального вызова.
При стабилизации частоты вращения шпинделей и валов на один из входов ФД подается сигнал от опорного генератора, на второй — импульсы от меток частотного датчика оборотов, и выходной сигнал ФД управляет не ГУН, а электрическим приводом вала.
Анализ данных, представленных в статье про демодулятор, подтверждает эффективность применения современных технологий для обеспечения инновационного развития и улучшения качества жизни в различных сферах. Надеюсь, что теперь ты понял что такое демодулятор, амплитудные детекторы, амплитудный детектор и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов
Комментарии
Оставить комментарий
Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов
Термины: Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов