При амплітудної модуляції несучого сигналу варіації Am вимірюваної величини точно відображаються зміною в часі амплітудних значень вихідної напруги изме-рительное ланцюга (рис. 3.27). Так, наприклад, коли модульований (несучий) сигнал являє собою синусоидальное напруги-ня з круговою частотою то
Амплітудний детектор, основними елементами якого є при-чиною діод і контур (фільтр низької частоти) R-C (рис. 4.22), при подачі на його вхід амплітудно-модульованого сигналу видає напругу
де Tj - ефективність детектування. .
Близьке до одиниці значення т виходить, коли гранична частота # С-фільтра / с ». така, що несуча частота ft сильно послаблюється, тоді як спектр корисного сигналу, про-стирається до частоти / ДГ, зберігається. Це досягається при
Постійна складова детектируемого напруги, г \ Е /, повинна бути усунена за допомогою фільтра верхніх частот або віднімає схеми, якщо значення постійної складової визначено попередньо при. .
4.4.2. синхронне детектування
Блок-схема синхронного детектування амплітудно - модульованого сигналу vm приведена на рис. 4.23.
Свою назву таке детектування отримало завдяки використанню вспо-могательного джерела опорного сигналу, синхронного по ча-СТОТ і синфазного з модульованим сигналом несучої. Сін-Хроні детектування пов'язано з перетворенням спектру частот вхідного сигналу і зміщенням його по осі частот шляхом множення цього сигналу на опорний, і узкополосной нізкоча-стотние фільтрацією сигналу ів перетвореної (проміж-точної) частоти е виділенням при цьому корисного сигналу, що містить інформацію про вимірювану величиною.
Роботу синхронного детектора розглянемо на прикладі гар-моніческіх сигналів. Результати цього розгляду можуть Фить поширені на періодичні сигнали будь-якої форми. Припустимо, що модульований вимірювальний сигнал вписується виразом
TO характерно, наприклад, для моста Уитстона з двома диффе-ренціальнимі включеними резистивним датчиками з чутливих-ності 5 і коефіцієнтом,
Опорна напруга vT, синхронне гармонійному напруги джерела (генератора) вимірювального ланцюга, описує-ffi виразом
Розмножувальне пристрій видає напругу,
Після підстановки отримаємо
Призначення фільтра нижніх частот полягає у виділенні »корисної складової ,, що містить шукану інформа-цію, з придушенням високочастотної складової i4Amcos2co, /. Це не становить проблем за умови, що максимальна частота / ДГ спектра вимірюваної величини суще-ного менше, ніж частота /, що несе.
Коли є зрушення фази тр між модульованим і опор-ним напруженнями, т. Е.
то напруга на виході перемножуємо пристрої
При цьому амплітуда, низькочастотної корисно * доставляє, що виділяється фільтром, виявляється зменшеною. I відповідно до коефіцієнта cosц.
У разі індуктивного датчика з комплексним імпедансом, коли і активна, і реактивна складові вихідного їм-педанса датчика залежать від вимірюваної величини, модулюється-ванне напруга вимірювальної схеми включає дві складові: одну в фазі, а іншу - зрушену по фазі 90 ° щодо напруги харчування схеми (модулируемого оригіналу), т. е.
Синхронне детектування дозволяє виділити кожну зі згаданих складових. Якщо помножити,, /, то після фільтрації (за допомогою фільтра нижніх частот) на виході перемножуємо пристрої отримаємо состав-
ляющая, Дт, тоді як множення на
дозволяє виділити складову,.
В основу пристроїв, призначених для виділення інфор-мації, що міститься в сигналі, модульованому по частоті, може бути покладено один з наступних принципів:
а) перетворення частотно-модульованого сигналу в ам-ллітудно-модульований за допомогою схем (дискримінаторів), що використовують паралельний коливальний контур, з після-дме детектированием отриманого модульованого по ам-амплітуди сигналу;
б) перетворення частотно-модульованого сигналу в синхронну по частоті послідовність імпульсів з їх ін-тегрірованіем і визначенням середньої напруги або изме-ренієм їх частоти;
в) гетеродина перетворення сигналу. Діскрімінатор з паралельним коливальним контуром.
Схема частотного дискримінатора, що містить простий колі-бательний контур, лредставлена на рис. 4.24, а.
Якщо резонанс-ва частота Far контуру відрізняється від середньої (центральної) частоти F0 модульованих коливань F, то при зміні миттєвих значень частоти Е вхідного сигналу, додаток-го до контуру, зміни амплітуди напруги на контурі повторюють зміна частоти F (t) вимірюваної величини ( рис. 4.24,6).
Для поліпшення лінійності характеристики перетворення частота - амплітуда використовують двоконтурні діскріміна-тори. За відсутності модуляції, коли частота вхідного сигналу збігається з резонансною частотою контурів, напруга на одному з них зрушено по фазі на 90 ° щодо напруги іншого.
Генерація імпульсів, синхронних частотно-модулированному сигналу. Отримати імпульс певної фіксованої ам-амплітуди і тривалості відповідно до кожного перио-ду частотно-модульованої напруги можна різними способами, такими, як:
а) посилення сигналу з подальшим його обмеженням, диф-ференцірованіем і однополуперіодним випрямленням;
б) амплітудна дискримінація модульованого напруги-ня, коли воно стає рівним заданому опорної напруги і здійснюється запуск формувача імпульсу (на-приклад, чекає мультивібратора). Частота проходження фор-міруемих імпульсів або середнє значення їх напруги при незмінній полярності є лінійною функцією вимірюється-мій величини.
Частотне детектування з гетеродинним перетворенням сигналу. Блок-схема такого пристрою наведена на рис. 4.25. У нього входять:
- фазовий детектор, на один вхід якого подається моду-ліровать напруга ,, а «інший-напруга місцевого гетеродина,. Фазовий детектор видає напругу v, що є Функцією різниці фаз входньЬс напруг - 6i (гетеродина);
- фільтр нижніх частот;
- підсилювач з коефіцієнтом посилення А, вихідна напругу; i> c якого управляє частотою місцевого гетеродина;
- опорний гетеродин, частота F? якого є линів-ної функцією керуючої напруги ve, т. е.
Проаналізуємо можливості детектування частотно-мо-дулірованного сигналу за допомогою такого пристрою. Для цього покладемо, що напруга на виході фазового детектора про-порційно різниці фаз вхідних напруг
де Kd - коефіцієнт пропорційності, а спектр частот цієї напруги знаходиться в смузі пропускання фільтра • нижніх частот.
Розглянемо спочатку випадок, коли напруга vm має кругову частоту Qo і постійний зсув фази 60:
Керуюча напруга місцевого гетеродина визначає-ся виразом
Частота гетеродина стабілізується, коли перестає изме-тися уе. що, в свою чергу, відбувається тільки за умови
Кажуть, що гетеродин в цьому випадку «синхронізований» з частотою сигналу (стався «захоплення» частоти сигналу) і
напруга ve задовольняє двом умовам:
Звідси випливає, що різниця фаз між модульованим сигналом і напругою гетеродина дорівнює
Якщо зміни збільшень наміряв величини подчиня-ються гармонійним законом. to вираз для гп перетвориться до виду
де. (Див. Розд. 3.4.1). Після підстановки.
Напруга, що видається в цьому випадку гетеродином, можна записати у вигляді
Величини і -сінусоідальние. Переходячи до когось комплексної записи, отримаємо
Модуляція за частотою викликає варіації Lv вихідного напря-вання компаратора фаз
що обумовлює зміни Див керуючого напруги гетеродина
В результаті отримуємо варіації миттєвої кругової частоти гетеродина в вигляді
Повертаючись до тимчасового відображенню різниці фаз, име-ем
і, в припущенні, що. . отримаємо
Таким чином, напруга на виході компаратора фаз, як і напруга, що управляє гетеродином, змінюються відповід-повідно змін вимірюваної величини.