Частотный дискриминатор

Синхроимпульсом, связанным по времени с излучением зондирующего импульса, RS – триггер устанавливается в состояние «0». При этом на вход схемы И подается разрешающий уровень напряжения и с генератора счетных импульсов проходят импульсы на вход счетчика. Как только число в счетчике сравнивается с числом (рис.11),

Рис. 11. Временные диаграммы

на выходе схемы сравнения формируется импульс запуска генератора следящих импульсов. Этим же импульсом восстанавливается начальное состояние триггера и обнуляется счетчик.

Выходной величиной преобразователя является временной сдвиг запускающих импульсов, равный

Тз = n1Tcч,      где Tcч ─ период счетных импульсов, определяющий шаг квантования и точность преобразователя

Импульсная модуляция колебаний ВЧ в передатчике

Импульсная модуляция (ИМ) не является в действительности каким-то особым типом модуляции. Этот термин характеризует ско­рее вид модулирующего сигнала. Далее различают импульсную амп­литудную и импульсную частотную модуляции. Здесь учитывают то, каким образом информация представлена — с помощью импульса или ряда импульсов. Можно рассматривать в качестве модулируе­мой величины амплитуду импульса, или его ширину, или его поло­жение в последовательности импульсов и т. д. Следовательно, су­ществует большое разнообразие методов импульсной модуляции. Все они используют в качестве формы передачи или AM, или ЧМ.

Рис. 7. Последовательность импульсов, отображающих число 37 в двоично-десятичном коде (младший значащий разряд первый).

Импульсная модуляция может быть использована для передачи как цифровых, так и аналоговых форм сигнала. Когда речь идет о цифровых сигналах, мы имеем дело с логическими уровнями — вы­соким и низким — и можем модулировать несущую (с помощью AM или ЧМ) рядом импульсов, который представляет цифровое значе­ние. Например, если для числа 37 передается код ДКД (двоично-кодированное десятичное число) 00110111, то для модуляции несу­щей просто должна использоваться указанная последовательность нулей и единиц. Каждый нуль может быть представлен уровнем 0В, а каждая единица — уровнем, например, 5В. Образован­ная в результате последовательность импульсов показана на рис. 7 вместе с совпадающим рядом синхронизирующих импульсов, необходимых для идентификации положения единиц и нулей. В указанной последовательности важен порядок импульсов. Сначала передается МЗДР (младший значащий десятичный разряд) 7, а за­тем СЗДР (старший значащий десятичный разряд) 3. В каждом де­сятичном разряде на первом месте старший двоичный разряд (бит).

Отметим, что, даже если все импульсы имеют полную амплитуду 5 В, обычно допускается изменение цифровых уровней в широком диапа­зоне напряжений, что не приводит к нарушению нормальной работы системы. Например, логический уровень “1” может изменяться в пре­делах от 2,4 до 5,5 В.

При использовании импульсных методов для передачи аналого­вых сигналов необходимо сначала преобразовать аналоговые данные в импульсную форму. Это преобразование также относится к моду­ляции, так как аналоговые данные используются для модулиро­вания (изменения) последовательности импульсов или импульсной поднесущей. На рис. 8,а показана модуляция синусоидальным сиг­налом амплитуд последовательности импульсов.

Рис. 8. Форма сигналов амплитудно-импульсной модуляции.

а—форма модулированного сигнала; б—воспроизведенная форма сигнала при низкой часто­те следования импульсов, Т1 — период последовательности импульсов; в — воспроизведенная форма сигнала при высокой частоте следования импульсов, Т2 — период последовательности импульсов.

              Амплитуда каждого импульса в модулированной последовательности зависит от мгновен­ного значения аналогового сигнала. Синусоидальный сигнал может быть восстановлен из последовательности модулированных импуль­сов путем простой фильтрации. На рис. 8,б графически показан процесс восстановления первоначального сигнала путем соединения вершин импульсов прямыми линиями. Однако восстановленная на рис. 8,б форма колебаний не является хорошим воспроизведени­ем первоначального сигнала из-за того, что число импульсов на пе­риод аналогового сигнала невелико. При использовании большего числа импульсов, т. е. при большей частоте следования импульсов по сравнению с частотой модулирующего сигнала, может быть достигнуто более лучшее воспроизведение (рис.  8,в). Этот процесс амплитудно-импульсной модуляции (АИМ), относящийся к модуля­ции поднесущей последовательности импульсов, может быть выпол­нен путем выборки аналогового сигнала через постоянные интерва­лы времени импульсами выборки с фиксированной длительностью. Импульсы выборки — это импульсы, амплитуды которых равны ве­личине первоначального аналогового сигнала в момент выборки. Частота выборки (число импульсов в секунду) должна быть по край­ней мере в два раза большей, чем самая высокая частота аналогового сигнала. Для лучшей воспроизводимости частота выборки обычно устанавливается в 5 раз большей самой высокой частоты модуляции.

АИМ является только одним типом импульсной модуляции. Кро­ме него существуют:

ШИМ — широтно-импульсная модуляция (модуляция импуль­сов по длительности);

ЧИМ — частотно-импульсная модуляция;

КИМ — кодово-импульсная модуляция.

Широтно-импульсная модуляция преобразует уровни выборок. напряжений в серии импульсов, длительность которых прямо пропорциональна амплитуде напряжений выборок (рис. 9,а). Отме­тим, что амплитуда этих импульсов постоянна; в соответствии с мо­дулирующим сигналом изменяется лишь длительность импульсов. Интервал выборки — интервал между импульсами — также фик­сирован.

Частотно-импульсная модуляция преобразует уровни выборок напряжений в последовательность импульсов, мгновенная частота которых, или частота повторения, непосредственно связана с вели­чиной напряжений выборок. И здесь амплитуда всех импульсов оди­накова, изменяется только их частота. По существу все аналогич­но обычной частотной модуляции, лишь несущая имеет несинусои­дальную форму, как в случае обычной ЧМ; она состоит из последо­вательности импульсов.

Кодово-импульсная модуляция преобразует выборки напряжения в кодированное сообщение. К примеру, дискретный уровень, равный 5,5 В, может быть представлен двоичным числом 101.101=5,5 с помощью аналого-цифрового преобразователя. Кодовое сообщение 101.101 представляет собой некоторую выборку напряжения Vs. Подобным кодированием (в данном случае двоичным кодом) преоб­разуют каждую выборку. Последовательность таких кодовых сооб­щений представляет собой серию чисел, описывающих последова­тельные выборки. Код может быть любым: двоичным с шестью раз­рядами, как представленный выше, или двоичным кодом с N разря­дами, или двоично-кодированным десятичным и т. д. (рис. 7).

Рис. 9. Широтно-импульсная модуляция.

Приведенные выше модуляционные схемы — лишь некоторые представители большого числа используемых методов. Подчеркнем, что рассмотренная здесь ИМ-модуляция относится к модуляции поднесущей, т. е. модуляции последовательности импульсов, которые затем используются в системах AM или ЧМ. Речь идет о двух сле­дующих друг за другом модуляциях. Во-первых, информация мо­дулирует последовательность импульсов. Здесь может быть исполь­зована АИМ, ШИМ, ЧИМ, КИМ или любой другой вид модуляции. Во-вторых, содержащая информацию поднесущая модулирует синусоидальную несущую.

Частотно-импульсная модуляция синусоидальной несущей при­водит к н -девиации частоты несущей скачкообразным отклонени­ем от несущей. Например, частотная модуляция логических уровней “0” и “1” (0 В и 5В) дает две частоты — н (для логического уровня “0”) и н+н (для уровня “5”). По существу, мы просто сдви­гаем частоту несущей от  к н+н для изображения логичес­кого уровня “1”. Этот тип частотной модуляции называется также и частотной манипуляцией и обычно используется в передаче сигналов с помощью телеграфа и других цифровых устройств связи. Для вос­становления логических уровней из частотно-манипулированной несущей может быть использована цепь фазовой автоподстройки (ФАП).

              Методы импульсной модуляции очень широко распространены в приложениях телеметрии.

      Усилители радиосигналов различных диапазонов

Усиление сигналов в приемнике может происходить до преобразователя частоты, т.е. на принимаемой частоте, и после преобразователя - на промежуточной частоте. Усиление на частоте принимаемого сигнала осуществляется с помощью УРЧ. Кроме усиления должна обеспечиваться и частотная избирательность. Для этого усилители содержат резонансные нагрузки или частотно-избирательные элементы межкаскадной связи. Диапазонные УРЧ должны иметь контуры с переменной настройкой. Они чаще всего выполняются одноконтурными. В диапазонах умеренно высоких частот АЭ усилителя служат полевые или биполярные транзисторы в дискретном или интегральном исполнении. Первые каскады приемников рекомендуют выполнять на ПТ, так как при этом реализуются их преимущества: малый коэффициент шума, большое входное сопротивление, высокая линейность усиления. В УПЧ предпочтение отдается БТ вследствие обеспечения ими более высокого коэффициента усиления. На СВЧ помимо транзисторных могут применяться также ППУ и туннельные усилители.

К основным параметрам резонансных усилителей относятся коэффициент усиления, избирательность, коэффициент шума, искажения сигнала и устойчивость, т.е. способность усилителя сохранять в процессе эксплуатации основные свойства и характе­ристики.

Усилитель радиосигнала (УРС) в современном приемнике служит для:

1)                             уменьшения коофициента шума приемника с целью достижения требуемой чувствительности;

2)                             обеспечения вместе с ВЦ заданной избирательности в радиотракте;

3)                             усиления радиосигнала до уровня, обеспечивающего хорошую работу детектора в приемнике прямого усиления. Если от приемника не требуются высокая чувствительность и хорошая избирательность в радиотракте, то УРС можно не применять, так как он достаточно сложен в изготовлении, имеет высокую стоимость и большие размеры.

В приемниках с переменной настройкой УРС, как правило, состоит из каскадов по одному колебательному контуру, настраиваемому на несущую частоту принимаемого сигнала. Применение более сложных избирательных систем (связанных колебательных контуров) в УРС с переменной настройкой обычно бывает нецелесообразным, так как они значительно увеличивают габариты и стоимость приемника. Однако в приемниках с фиксированной настройкой сложные избирательные системы находят применение. Усилители радиосигналов можно классифицировать по следующим признакам. В зависимости от типа усилительного прибора они могут быть: транзисторными, ламповыми, с параметрическими или туннельными диодами и т. п. По диапазонным свойствам УРС разделяются на усилители с переменной и постоянной настройкой. Кроме того, они могут быть однокаскадными и многокаскадными. В современных радиовещательных и радиолюбительских приемниках чаще всего в качестве УРС применяют однокаскадные резонансные усилители.

ЛИТЕРАТУРА

1. Коновалов. Г.Ф. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. – М.: Высш.шк., 2000.

2. Радиоавтоматика: Учеб. пособие для вузов./ Под ред. В.А. Бесекерского.- М.: Высш. шк., 2005.

3.. Первачев. С.В Радиоавтоматика: Учебник для вузов.- М.: Радио и связь, 2002.

4. Цифровые системы фазовой синхронизации/ Под ред. М.И. Жодзишского – М.: Радио, 2000