Фазочувствительный амплитудный модулятор-демодулятор

Изобретение относится к автоматике и аналоговой преобразовательной технике. Технический результат заключается в упрощении устройства и снижении уровня паразитных пульсаций в выходном сигнале. Устройство содержит две входные шины (1, 2), размыкающий (3) и замыкающий (4) ключи, инвертор (5) знака, компаратор (6), резисторы (7-10, 13), операционный усилитель (ОУ) (11), конденсатор (12), выход (14). При этом ОУ (11) и параллельно соединенные конденсатор (12) и резистор (13) образуют фильтр, препятствующий прохождению высокочастотных паразитных пульсаций на выход устройства. Устройство может работать как в режиме модулятора, так и в режиме демодулятора. 3 ил.

 

Изобретение относится к автоматике и аналоговой преобразовательной технике и может быть использовано в системе стабилизации гироскопической платформы.

Известен модулятор [1], содержащий операционный усилитель, ключ, резисторы. Недостатком данного устройства является влияние сопротивления открытого ключа на глубину модуляции, а также влияние емкости ключа на качество выходного сигнала.

Известен демодулятор [2], содержащий операционный усилитель, два ключа, резисторы.

Недостатком данного устройства является отсутствие формирователя сигналов управления ключами, влияние емкостей ключей на качество выходного сигнала.

Известен также фазочувствительный амплитудный модулятор-демодулятор [3], содержащий первую и вторую входные шины, размыкающий и замыкающий ключи, инвертор знака, компаратор, резисторы.

Недостатком данного устройства является его сложность и наличие паразитных пульсаций в выходном сигнале.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является упрощение известного устройства и снижение уровня паразитных пульсаций в выходном сигнале.

Поставленная задача решается за счет того, что в фазочувствительном амплитудном модуляторе-демодуляторе, содержащем первую и вторую входные шины, размыкающий и замыкающий ключи, инвертор знака, вход которого подключен к первой входной шине и входному выводу замыкающего ключа, вход подключен к входному выводу размыкающего ключа, компаратор, выход которого подключен к выводам управляющих входов размыкающего и замыкающего ключей, согласно изобретению инвертирующий вход компаратора подключен ко второй входной шине, а его неинвертирующий вход - к земляной шине, выходные выводы замыкающего и размыкающего ключей через первый и второй резисторы подключены к земляной шине, через третий и четвертый резисторы подключены к инвертирующему входу вновь введенного операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к земляной шине, а выход, являющийся выходом устройства, подключен через параллельно соединенные конденсатор и пятый резистор к его инвертирующему входу. К существенным признакам заявленного устройства, по сравнению с известным (прототипом), относится введение в него операционного усилителя, трех резисторов и конденсатора, а также изменение связей между имеющимися элементами устройства.

Такая схема обеспечивает упрощение устройства и снижение паразитных пульсаций в выходном сигнале из-за того, что выходные выводы ключей через резисторы подключены к земляной шине, а также за счет того, что в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя включены параллельно соединенные конденсатор и резистор, которые образуют фильтр, препятствующий прохождению высокочастотных паразитных пульсаций на выход устройства.

На фиг.1 представлена схема устройства, на фиг.2 и 3 - эпюры его работы.

Предлагаемое устройство содержит первую 1 и вторую 2 входные шины, размыкающий 3 и замыкающий 4 ключи, инвертор 5 знака, компаратор 6, первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 резисторы, операционный усилитель 11, конденсатор 12, пятый резистор 13, выход 14.

Вход инвертора 5 знака подключен к первой входной шине 1 и входному выводу замыкающего ключа 4, выход инвертора 5 знака подключен к входному выводу размыкающего ключа 3, управляющие входы обоих ключей подключены к выходу компаратора 6, инвертирующий вход которого подключен ко второй входной шине 2, а неинвертирующий вход подключен к земляной шине, выходные выводы замыкающего 4 и размыкающего 3 ключей через первый 7 и второй 8 резисторы подключены к земляной шине, а через третий 9 и четвертый 10 резисторы подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 11, неинвертирующий вход которого подключен к земляной шине, выход является выходом 14 устройства и через параллельно соединенные конденсатор 12 и пятый резистор 13 подключен к его инвертирующему входу.

Фазочувствительный амплитудный модулятор-демодулятор позволяет работать в двух режимах: в режиме модулятора и в режиме демодулятора.

Рассмотрим работу устройства в режиме модулятора.

На второй вход 2 подается несущая частота (фиг.2, а), а на первый вход 1 подается модулирующая частота (фиг.2, б).

Инвертор знака 5 инвертирует модулирующий сигнал (фиг.2, в) и на входы размыкающего 4 и замыкающего 3 ключей подаются соответственно прямой и инверсный сигналы. Компаратор 6 преобразует входной сигнал несущей частоты, поступающей на второй вход 2 в прямоугольные импульсы со скважностью 2 (фиг.2, г), которые поочередно открывают и закрывают ключи 3 и 4. Резисторы 7 и 8, подключенные между выходами ключей 3 и 4 и земляной шиной, обеспечивают нулевой потенциал выходных выводов ключей 3 и 4 в разомкнутом состоянии, что уменьшает выброс напряжения в моменты замыкания и размыкания ключей 3 и 4. Таким образом, на инвертирующий вход операционного усилителя 11 будут поступать через резисторы 9 и 10 поочередно с периодом несущей частотой прямой и инверсный сигналы модулирующей частоты, которые суммируются на операционном усилителе 11, на выходе которого будет присутствовать амплитудно-модулированный сигнал (фиг.2, д), с несущей частотой, поступающей на второй вход 2, и модулирующей частотой, поступающей на первый вход 1. Глубина модуляции будет зависеть от соотношения пятого резистора 13 в цепи обратной связи и входных резисторов 9, 10. Конденсатор 12 совместно с резистором 13 образуют фильтр, который препятствует поступлению паразитной высокочастотной пульсации на выход устройства.

Рассмотрим работу устройства в режиме демодулятора.

На первый вход 1 поступает амплитудно-модулированный сигнал (фиг.3, а), который инвертируется инвертором 5 (фиг.3, б), а на второй вход 2 и вход компаратора 6 поступает опорная частота (фиг.3, в), равная несущей частоте амплитудно-модулированного сигнала. На выходе компаратора 6 формируются прямоугольные импульсы со скважностью 2 и частотой, равной несущей частоте амплитудно-модулированного сигнала (фиг.3, г), которые поочередно открывают и закрывают ключи 3 и 4, на входные выводы которых поступают прямой и инверсный амплитудно-модулированные сигналы. При этом на выходных выводах ключей 3 и 4 будут иметь место фрагменты модулирующего сигнала, которые после суммирования на операционном усилителе 11 преобразуются в модулирующий сигнал (фиг.3, д). Если несущая частота амплитудно-модулированного сигнала совпадает по фазе с опорной частотой на входе 2, то выходной сигнал будет иметь один фазовый сдвиг, если же они противофазны, то фазовый сдвиг выходного сигнала изменится на противоположный (фиг.3, е), т.е. имеет место фазочувствительная демодуляция.

Использование данного изобретения позволило создать высококачественный амплитудный модулятор для оценки точностных параметров гиростабилизаторов, в которых обработка полезного сигнала осуществляется фазочувствительным демодулятором, выполненным так же по данному изобретению.

Источники информации

1. И.Достал. Операционные усилители. /Под ред. М.В.Гальперина. М., Мир, 1982 г., стр.195, фиг.6.19.

2. Ж.Марше. Операционные усилители и их применение. Л., Энергия, 1974 г., стр.88 фиг.5-60.

3. Заявка на изобретение РФ №94029583 кл. Н03С 1/00, 04.08.1994 г. (прототип).

Фазочувствительный амплитудный модулятор-демодулятор, содержащий первую и вторую входные шины, размыкающий и замыкающий ключи, инвертор знака, вход которого подключен к первой входной шине и входному выводу замыкающего ключа, выход подключен к входному выводу размыкающего ключа, компаратор, выход которого подключен к выводам управляющих входов размыкающего и замыкающего ключей, отличающийся тем, что инвертирующий вход компаратора подключен ко второй входной шине, а его неинвертирующий вход - к земляной шине, выходные выводы замыкающего и размыкающего ключей через первый и второй резисторы подключены к земляной шине, через третий и четвертый резисторы подключены к инвертирующему входу введенного операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к земляной шине, а выход, являющийся выходом устройства, подключен через параллельно соединенные конденсатор и пятый резистор к его инвертирующему входу, при этом операционный усилитель и параллельно соединенные конденсатор и резистор образуют фильтр, препятствующий прохождению высокочастотных паразитных пульсаций на выход устройства.