Модулятор – демодулятор

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 преобразо-вателями (датчиками).

Особенность применения ДМ состоит в том, что знак выходного напряжения ДМ меняется на противоположный при изменении фазы входного сигнала на 180⁰. Это дает возможность регистрировать, кроме величины перемещений, направление этих перемещений.

Устройства, аналогичные рассматриваемому демодулятору, до появления ОУ выполнялось в идее диодного моста с дополнительным источником опорного переменного напряжения (кольцевой демодулятор). Они имели недостатки: низкое входное сопротивление, низкая чувствительность, нелинейная характеристика, отсутствие усиления сигнала.

В настоящее время ДМ строится на основе ОУ. Это позволяет повысить точность преобразования, чувствительность и линейность.

Для ДМ и МД используется одна схема, меняется только режим работы.

На вход подается переменное входное напряжение U_вх, фаза которого может сдвигаться на угол π. Кроме того, схема содержит источник опорного переменного напряжения U_оп с неизменными фазой и амплитудой.

Назначение элементов в схеме:

R₁, R₂ – образуют цепь ООС, причем для основной схемы R₁ = R₂.

R₃ – ограничивает входной ток в замкнутом состоянии.

К1 – ключ, работающий на частоте входного сигнала, который в идеальном случае должен иметь прямоугольную форму.

DA1 – ОУ на полевых транзисторах, что исключает изменение входного тока на положительном входе ОУ при коммутации ключа К1 и повышает точность преобразования.

Режим демодулятора

Ключ К1 периодически замыкается на частоте входного сигнала синхронно с ним.

1) Когда ключ К1 замкнут, ОУ работает как инвертор, т.е. повторяет величину и меняет знак входного сигнала:

2) Когда ключ К1 разомкнут, ОУ работает как повторитель, т.е. повторяет и величину, и знак входного сигнала:

В результате, на выходе схемы получаем однополярный пульсирующий сигнал U_вых.

При изменении фазы входного сигнала (a = π) фаза сигнала управления ключом К1 не меняется, а выходной сигнал U_вых меняет знак.

Недостаток схемы: отсутствие усиления входного сигнала.

Для получения усиления входного сигнала необходимо выполнить два условия:

1) R₂ = К_у × R₁

где К_у – необходимый коэффициент усиления

2) Для выравнивания К_u в соседних полупериодах вводится резистор:

Режим модулятора

На вход подаётся постоянное или медленно изменяющееся напряжение U_вх, которое может менять знак. На вход управления, ключом К1, подаётся импульсное напряжение U_оп, частота которого f_м будет определять частоту выходного переменного напряжения.

При замыкании и размыкании ключа К1 получаем на выходе разную полярность выходного напряжения в соседних полупериодах. В результате образуется переменное выходное напряжение с формой близкой к прямоугольной, у которого амплитуда изменяется в соответствии с характером изменения уровня входного сигнала.

Изменение знака входного сигнала вызывает изменение фазы выходного напряжения на угол π. В качестве ключа К1 может использоваться БТ или ПТ работающий в импульсном режиме. Для того, чтобы работа ключа не зависела от U_вх необходимо выполнить условие:

U_оп > U_{вх.макс.};

Статическая характеристика схемы:

Диапазон линейной работы схемы МДМ определяется:

U_{вых.макс} = U_{оу макс}

U_{вх.макс} =U_оп – 0,6

Недостатком этой схемы является разное входное сопротивление при замкнутом и разомкнутом состоянии К1.