SU1159150A1 - Устройство дл синхронной демодул ции амплитудно-модулированных сигналов - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОННОЙ ДЕМОДУЛЯЦИИ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ, содержащее генератор опорного сигнала,, операционный усилитель, к выходу которого,  вл ющемус  выходом устройства дл  синхронной демодул ции амплитудно-модулированньпс сигналов, подключены последовательно соединенные первый, второй и третий резисторы, а также первый и второй ключи, управл ющие входы которых подключены к генератору опорного сигнала, замыкающий контакт первого ключа соединен с общей шиной, а переключающий контакт - с первым выводом четвертого резистора, а также п тый и шестой резисторы, о т л ич а ю щ е е с   тем, что, с целью повьшени  стабильности, переключающий контакт первого и замыкающий контакт второго ключей объединены, кроме того, в него введены третий, четвертый и п тый ключи, делитель частоты , элемент ИЛИ, элементы И и ИЛИ-НЕ, объединенные первые входы которых подключены к выходу генератора опорного сигнала непосредственно, а объеиГ:ГгВ9ЧйДд -3% к;-..::,.-.л.. la А/.,:..;:-1. - KS;,: ч:л .i.1ii.li., диненные вторые входы - через делитель частоты, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом элемента И и с управл к цим входом третьего ключа , замыкающий контакт которого  вл етс  входом устройства дл  синхронной демодул ции амплитудно-модулированных сигналов и подключен к другому вьшоду третьего резистора и к переключающему контакту второго ключа, а переключающий контакт - к точке соединени  второго и третьего резисторов , второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу элементаИЛИ-НЕ и к управл ющему входу четвертого ключа, замыкающий контакт которого соединен с общей шиной, а переключающий кон (Л такт - с первым выводом п того резистора , второй вьюод которого подключен к точке соединени  первого и второго резисторов, выход элемента ИЛИ подключен к управл ющему входу п того ключа, замыкающий контакт которого соединен с вторым выводом четвертого 01 резистора, первьй вывод которого подсо ел ключен к переключающему контакту п того ключа через щестой резистор, последовательно соединенные первый синхронный -детектор, информационный вход которого подключен к выходу операционного усилител , усилитель переменного напр жени  и преобразЬватель переменного напр жени  в посто нное, первьй, второй, третий и четвертый выходы которого подключены к точке соединени  первого и второго резисторов , к инвертирующему входу операционного усилител , к переключающему контакту п того ключа и к неинвертирующему входу операционного усили

Description

тел  соответственно, а опорный вход к выходу делител  частоты, при этом опорный вход первого синхронного детектора соединен с выходом генератора опорного сигнала. 2, Устройство по п.1, отличающеес  тем, что преобразователь переменного напр жени  в посто нное содержит последовательно соединенные второй синхронный детектор , информационный и .опорный входы которого  вл ютс  информационным и 50 опорньгм входами преобразовател  переменного напр жени  в посто нное соответственно , и фильтр нижних частот, между выходомкоторого н общей шиной включены встречно светодиоды первой и второй диодны5 оптопар, параллельно фотодиодам которых, подсоединены седьмой и восьмой резисторы соответственно и выводы которых  вл ютс  первым, вторым, третьим и четвертым выходами преобразовател  переменного напр жени  в посто нное.

Изобретение относи- с  к автоматике и анашоговой вычислительной техни ке и может быть использовано дл  двухполупериодного фазочувствительно го детектировани  амплитудно-модулированных (AM) сигналов в измерительной технике. . Известен синхронньп демодул тор, содержащий операционный усилитель (ОУ), между выходом которого,  вл ющимс  выходом синхронного демодул тора , и общей шиной включены первый ре зистор, второй резистор и клЮч, третий и четвертый резисторы, первые вьгооды которых объединены и  вл ютс  входом синхронного демодул тора, а вторые выводы подключены к инвертирующему и неинвертирующему входам ОУ соотзетственно, при этом между неинвертирующим входом ОУ и общей шиной включен п тый резистор Известный синхронный демодул тор, а также аналогичные ему устройства дл  синхронной демодул ции на базе ОУ обеспечивают высоку точность, широкий частотньй диапазон, имеют , относительно малые габариты, легко микроминиатюризируютс , однако на точность вли ют напр жение смещени  нул  и его дрейф. Наибольший частотньш диапазон имеют ОУ с непосредственными св з ми, а также усилители с каналом МДМ (модул ци  - демодул ци ), построенные по способу обратного преобразовани . Последние обеспечивают автоматическую компенсацию напр жени  смешени , но только при неизменном коэффициенте усиле ни  ОУ, что выполнимо при большом коэффициен .те усилени . Операционные усилители с непосредственной МДМ имеют ограниченный частотный диапазон , так как трудно обеспечить значительную компенсацию напр жени  смещени  и одновременно обеспечить устойчивость усилител . Поэтому такие ОУ используют чаще всего при пониженном частотном диапазоне (единицы дес тки килогерц). J , . , Наиболее близким,по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  синхронной демодул ции AM сигналов , содержащее генера-: тор опорного сигнала, первый ОУ, к выходу которого,  вл ющемус  выходом устройства дл  синхронной демодул ции AM сигналов, подключены последовательно соединенные первый, второй и третий резисторы, второй ОУ, выход которого соединен с вторым выводом третьего резистора, третий ОУ выход которого подключен к инвертирующему входу первого ОУ и точке соединени  первого с вторым резисторов через последовательно соединенные четвертый и п тый резисторы, первый и второй ключи, включенные между точками соединени  второго и третьего резисторов , четвертого и п того резисторов и общей щиной соответственно, а управл ющие входы соединены с выходом генератора опорного сигнала,при этом между инвертирующими входами второго и третьего ОУ и выходом первого ОУ включены щестой и седьмой резисторы соответственно, между неин3 , вертирующим входом первого ОУ и общей . шиной включен восьмой резистор, а между неинвертирующими входами второ го и третьего ОУ и первым и вторым входами устройства дл  синхронной демодул ции AM сигналов - дев тый и дес тый резисторы соответственно 23 Известное устройство характеризуетс  недостаточно высокой стабильностью выходных параме тров при воздействии дестабилизирующих факторов, в частности температуры. / Цель изобретени  - повышение стабильности выходных параметров устрой ства дл  синхронной демодул ции AM сигналов. Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройстве дл  синхронной демо дул ции AM сигналов, содержащем гене ратор опорного сигнала, операционный усилитель, к выходу которого,  вл ющемус  выходом устройства дл  синхронной демодул ции AM сигналов,подключены последовательно соединенные первый, второй и третий резисторы, первый и второй ключи, управл ющие входы которых подключены к генератору опорного сигнала, замыкакиций контакт первого ключа соединен с общей шиной, а переключающий контакт - с первым выводом Четвертого резистора, а также п тый и тестой резисторы, переключаниций контакт первого и замыкаклций контакт второго ключей объе динены, в него введены третий, четвертый и п тый ключи, делитель частоты , элемент .ИЛИ, элементы И и ШШНЕ , объединенные первые 1входы которых подключены к выходу генератора опорного сигнала непосредственно, а объединенные вторые входы - через делитель частоты, первый вход элемента ШШ соединен свыходом элемента И и с управл ющим входом тре.тьего элемента И и с управл ющим входом третьего ключа, замыкающий контакт которого  вл етс  входом устройства дл  синхронной демодул ции AM сигналов и подключен к другому вьгооду третьего резистора и к переключающему контакту второго ключа, а переклю чающий контакт - к точке соединени  второго и третьего резисторов, второ вход элемента ШШ подключен к выходу элемента ЙЛИ-НЕ и к управл кнцему входу четвертого ключа, замыкающий контакт которого соединен с общей ши ной, а переключающий контакт - с пер 504 вым выводом п того резистора, второй вывод которого подключен к точке соединени  первого и второго резисторов, выход элемента ИЛИ подключен к управл ющему входу п того ключа, замыкающий контакт которого соединен с вторым вьтодом четвертого резистора, первый вывод которого подключен к переключающему контакту п того ключа через шестой резистор, последовательно соединенные первый синхронньп детектор , информационный вход которого подключен к выходу ОУ, усилитель переменного напр жени  и преобразователь переменного напр жени  в посто нное , первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены к точке соединени  первого и второго резисторов, к инвертирующему входу ОУ, к переключаквдему контакту п того ключа и к неинвертирующему входу ОУ соответственно, а опорный вход к выходу делител  частоты, при этом опорный вход первого синхронного детектора соединен с выходом генератора опорного сигнала. Преобразователь переменного напр жени  в посто нное содержит последовательно соединенные второй синхронный детектор, информацион1шй и опорный входы которого  вл ютс  информационным и опорным входами преобразовател  переменного напр жени  в посто нное соответственно, и фильтр нижних частот, между выходом которого и общ(вй шиной включены встречно светодиоды первой и- второй диодных оптопар, параллельно фотодиодам которьк подсоединены седьмой и восьмой резисторы соответственно и выводы которых  вл ютс  первым, вторым, третьим и четвертым выходами преобразовател  переменного напр жени  в посто нное. На фиг.1 приведена структурна  электрическа  схема предлагаемого устройства} на фиг.2 - эпюры напр жений , по сн ющие работу устройства; на фиг.З - эквивалентные схемы состо ний включени  устройства дл  разных времен его работы. Устройство дл  синхронной демодул ции АН сигналов содержит генератор 1 опорного сигнала, ОУ 2, первый, второй, третий, четвертый, п тый и шестой резисторы 3-8, первый, второй, третий, четвертый и п тый ключи 9-13, / елитель 14 частоты,эле511

мент ИЛИ 15, элемент И 16, элемент ИЛИ-НЕ 17, первый синхронный детектор 18, усилитель 19 переменного напр жени  и преобразователь 20 переменного напр жени  в посто нное, который состоит из второго синхронного детектора 21, фильтра 22 нижних частот, первой и второй диодных оптопар 23 и 24, седьмого и восьмого резисторов 25 и 26,

Устройство дл  синхронной демодул ции AM сигналов работает следующим образом.

Генератор 1 опорного сигнала вырабатывает напр жение пр моугольной формы (фиг.2 А), которое удалее поступает на делитель 14 час-готы, например , на два. Выходные сигналы с генератора 1 опорного сигнала (фиг.2А) и делител  14 частоты (фиг.2 Б) поступают на вход элемегтов И 16 и

1ШИ-НЕ 17. На выходе элемента И 16 положительный перепад напр жени  возникает при совпадении положительных логических уровней на его входах (фиг.2 В)-на выходе элемента ШШ-НЕ 17 перепад напр жени  положителен при совпадении уровней (логического нул ) на его входах (фиг.2 Г); на выходе элемента ИЛИ 15 перепад напр жени  положителен при наличии положительных уровней хот  бы на одном изего входов (фиг.2 Д). .

Ключи 10, И, 12 и 13 переход т в открытое состо ние при поступлении на их управл ющие входы положительного уровн  напр жени  (фиг.2 А, В, Г, Д). Ключ 9 в данном случае переходит в закрытое состо ние. На фиг.3 эквивалентные схемы приведены дл  разных состо ний ключей 9, 10, 11, l2 и 13, которые возникают в процессе работы устройства: на фиг.З А приведена эквивалентна  схема включени , когда ключи 10, 11 и 13 замк1}уты,а ключи 9 и 12 paзoмкнyтыi на фиг.З Б - эквивалёнтна  схема включени , когда ключ 10 замкнут, а ключи 9, 11, 12и13 разомкнуты на фиг.З В - эквивалентнал схема включени , когда ключ 9 замкнут , а ключи 10,11, 12и 13 разомкнуты , на фиг.З Г - эквивалентна  схема включени , когда ключи 9, 12 и 13 замкнуты, агключи 10 и 11 разомкнуты.

Из эквивалентных схем включени  фиг.З А, Б видно, что при открытом ключе 10 независимо от состо ний ключей 13 и 11 коэффициент передачи по

50-О

входному сигналу равен , так как за счет действи  отрицательной обратной св зи через резистор 3, прИ достаточно большом коэффициенте усилени  ОУ 2, входной ток через второй и третий резисторы 4 и 5 не протекает, а его входное сопротивление становитс  достаточно большим.

Напр жение смещени  нул  на выходе ОУ 2 зависит от состо ни  ключа 11 при о-Лсрытом ключе 10 (фиг.З А, Б):

Vo.(Hi|);

(1)

.л,еллоу к4+ЁГ ( 2)

где Uj - напр жение смещени  нул 

на выходе ОУ 2;

R3,R4 иЯ5 - величины сопротивлений соответственно первого, второго и.третьего резисторов 3, 4 и 5. При поступлении на управл ющий вход клЮчей 9 и 10 отрицательного перепада напр жений (лог.О, фиг.З В, Г) ключ 10 переходит в закрытое состо ние , а ключ 9 - в открытое. Коэффициент передачи по входному сигналу независимо от состо ний ключей 12 и 13 равен

R3

К R4+R5

так как токи от действи  входного сигнала через включенный четвертый, п тый и шестой резисторы 6, 7, и 8 не протекают.

Дл  вьшолнени  услови  равенства . величины сопротивлений второго и третьего резисторов 4 и 5 целесообразно выбирать так, чтобы R4+R5 R3. В противном случае на выходе ОУ 2 присутствует переменна  составл юща  напр жени  с частотой входного сигнала (фиг.2 Е).

Напр жение смещени  нул  на выходе ОУ 2 зависит от состо ни  ключа 12 (фиг.З В, Г):

и и (1+----)

(3)

cм WM R4+R5

ч,

R3

Т1

lR4+R5)Tl R7 смоч

/O/.J-DC ||

где R7 - величина сопротивлени  п того резистора 7..

Из сравнени  выражений С1)...(4) видно, что Ц. и . Дл  соблюдени  равенства U UJ необходимо, чтобы

7 RA(R4+R5) R4 КЗ

R7

R5

R5 В данном случае в процессе работ устройства напр жение .смещени  нул  на выходе ОУ 2 имеет вид, показанны на фиг,2 Ж, ввиду того что во време ни за напр жением иД, следуют напр  жени  Uf , и Uj (фиг,2 А, В, Г, Д), . . Рассмотрим теперь вли ние входны токов ОУ 2 на выходной сигнал в процессе работы устройства. Обозначим величины сопротивлений (сопротивлени  утечек) между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ 2 и.общей шиной соответственно через г1 и г2, а входные токи по данным входам соответственно через II и 12. Тогда напр жение смещени  на выходе ОУ 2 (за счет вли ни  входных токов) определ етс  из выражени  и I2r2(H--7)-11R3, -г/Илri Дл  уменьщени  вли ни  входных токов целесообразно номиналы резисторов выбирать так, чтобы r2 r1//R3 т,е. чтобы вьшолн лось равенство сопротивлений утечки по обоим входа ОУ., В данном случае и..„ (12-11 )R3 Из. выражени  (6) следует, что пр соблюдении равенства r2 r1//R3 выхо ное напр жение-смещени  Ug имеет ха рактер посто нного напр жени . При (12-11) из вьфажени  (6) видно, что , - о, Из фиг.З следует, что , г1 r1 R4+R5,rf (R44.R5)//R7, а г2 г2 R8//R6, R8, оде R6 и R величины сопротивлений четвертого и щестого резисторов 6 и 8,gj.. R С учетом того, что R4+R5 R3 находим, что rl R4, Таким образом, г1 г1 , Поскольку г2 следует выбирать с учетом.равенства r2 ir1//R3, то можн записать: (rf r1«)//R3 R4+R5)/./R3 -2-, r2 r/ R8//R6( / R3.

11591508

Пусть , где - KornMiHitnент пропорциональности, Тогдл R8//R(i« R8 R6 R3R6 R/,, R8+R 6 R3+2R6 m+1 откуда R6 7-R3, 1-m Следовательно, вьтолнение условий и позвол ет поддержи-. 2 . |-ш вать равенство сопротивлений утечек по обоим входам ОУ 2 дл  всех рабочих состо ний устройства, что исключает по вление переменного напр жени  на его выходе, Таким образом, на выходе ОУ присутствуют напр жени , определ емые входHbiM сигналом (фиг,2 Е), напр жением смещени  нул  (фиг,.2 Ж) и посто нным напр жением, пропорциональным разности входных токов (6), На информационный вход первого синхронного детектора 18 поступает только переменна  составл юща  выходного напр жени  ОУ 2 (фиг,2 Е,Ж), Так как сигнал на выходе первого синхронного детектора 18 периодически мен ет пол рность с частотой генератора 1 опорного сигнала (фиг,2 А),то переменна ,составл юща , возникающа  при неравенстве коэффициентов передаЧИ K и K (фиг.2. E), на выходе первого синхронного детектора 18 преобразуетс  в посто нное напр жение (фиг.2 И), а переменна  составл юща , пропорциональна  напр жению смещени  нул , сохран ет свою форму, но сдвигаетс  на 90 и по фазе отличаетс  от сигнала с выхода делител  14 частоты -на два на ±180° (фиг.2 К). Фаза леременного напр жени  на выходе первого синхронного детектора 18 зависит от знака напр жени  смещени  нул . Переменный сигнал, пропорциональный напр жению смещени  нул , усиливаетс  усилителем 19 переменного напр жени , поступает на второго синхронного детектора 21 преобразовател  20 переменного напр жени  в посто нное. Так как второй синхронньш детектор 21 мен ет знак коэффииента передачи дл  входного сигнаа с той же частотой, что и входной сигнал, то его выходное напр жение осто нно, и пропорционально напр ению смещени  нул  (фиг.2 Л). После ильтрации высокочастотных составл щих фильтром 22 нижних частот сигнал поступает на светодиоды первой и второй диодных оптопар 23 и 24. В зависимости от знака напр жени  смещени , нул  ОУ2 мен етс  пол рность напр жени  на выходе фильтра 22 и, следовательно, ток течет только через один из светрдиодов, так как свётодиоды диодньга оптопар 23 и 24 включены встречно-параллельно: при положительном напр жении на выходе фильтра 22 ток протекает через светодиод второй диодной оптопары 24, при отрицательном -.через светодиод первой диодной оптопары 23. Так как фотодиоды диодных оптопар 23 и 24 работают в энергетическом режЮ1ё, фото-ЭДС вырабатываетс  либо диодной оптопарой 23 на первом и втором выходах преобразовател  20, либо диодной оптопарой 24 на третьем и четвертом его выходах, компенсирует напр жение смещени  нул  ОУ 2 лаобой пол рности, поскс1льку фотодиоды оптопар 23 и 24 подключены к входам ОУ .2 1 и 010 одноименными выводами. За счет действи  отрицательной обратной св зи по напр жению смещени  нул  при достаточно большом козффициенте усилени  усилител  19 достигаетс  почти полна  компенсаци  напр жени  смещени  нул  ОУ 2 напр жени ми на выходах преобразовател  20. Седьмой и восьмой резисторы 25 к 26 вьфавнивают выходное сопротивление преобразрвател  20, уменьща  его вли ние на работу устройства. Включение выходов преобразовател  20 в цепь утечки по обоим входам ОУ2 позвол ет уменьшить вли ние входных токов на выходной сигнал, так как симметрирует входные цепи ОУ2. В предлагаемом устройстве напр жение смещени  нул  и его дрейф могут быть уменьшены в 100-1000 раз. Благодар  этому становитс  возможным использование операционных усилителей с полевыми транзисторами на входе .

П П П П П П Г

J.

П

1 t 1

K-f-К+K-fK-f-KI-Ki l VfnuU ir

±i

I-V-MT-T-i -r-f

M

И

1--I,. .1

1 Г

П

П

П

(put. 2

Вход

йЭ Вход Вход - В-н±

Вход -

з

8

Ф1

Выход Выход Выход -J в

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОННОЙ ДЕМОДУЛЯЦИИ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ, содержащее генератор опорного сигнала, операционный усилитель, к выходу которого, являющемуся выходом устройства для синхронной демодуляции амплитудно-модулированных сигналов, подключены последовательно соединенные первый, второй и третий резисторы, а также первый и второй ключи, управляющие входы которых подключены к генератору опорного сигнала, замыкающий контакт первого ключа соединен с общей шиной, а переключающий контакт - с первым выводом четвертого резистора, а также пятый и шестой резисторы, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стабильности, переключающий контакт первого и замыкающий контакт второго ключей объединены, кроме того, в него введены третий, четвертый и пятый ключи, делитель частоты, элемент ИЛИ, элементы И и ИПИ-НЕ, объединенные первые входы которых' подключены к выходу генератора опорного сигнала непосредственно, а объе- диненные вторые входы - через делитель частоты, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом элемента И и с управляющим входом третьего ключа, замыкающий контакт которого является входом устройства для синхронной демодуляции амплитудно-модулированных сигналов и подключен к другому выводу третьего резистора и к переключающему контакту второго ключа, а переключающий контакт - к точке соединения второго и третьего резисторов, второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу элемента'ИЛИ-HE и к управляющему входу четвертого ключа, замыкающий контакт которого соединен 5 с общей шиной, а переключающий контакт - с первым выводом пятого резистора, второй вывод которого подключен к точке соединения первого и второго резисторов, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу пятого ключа, замыкающий контакт которого соединен с вторым выводом Четвертого резистора, первый вывод которого подключен к переключающему контакту пятого ключа через шестой резистор, последовательно соединенные первый синхронный детектор, информационный вход которого подключен к выходу операционного усилителя, усилитель переменного напряжения и преобразователь переменного напряжения в постоянное, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены к точке соединения первого и второго резисторов, к инвертирующему входу операционного усилителя, к переключающему контакту пятого ключа и к неинвертирующему входу операционного усили

Π59150 теля соответственно, а опорный вход к выходу делителя частоты, при этом опорный вход первого синхронного детектора соединен с выходом генератора опорного сигнала.

2. Устройство поп.1, отличающееся тем, что преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит последовательно соединенные второй синхронный детектор, информационный и .опорный входы которого являются информационным и опорным входами преобразователя переменного напряжения в постоянное соответственно, и фильтр нижних частот, между выходом которого и общей шиной включены встречно светодиоды первой и второй диодны^ оптопар, параллельно фотодиодам которых, подсоединены седьмой и восьмой резисторы соответственно и выводы которых являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами преобразователя переменного напряжения в постоянное.