CZ6649U1 - Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsnč šířkové modulace - Google Patents

Description

Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace

Oblast techniky

Řešení se týká oblasti elektrotechniky, konkrétně zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace, kde je navržena kombinace prvků pro obvod zařízení a vyřešeno jejich zapojení.

Dosavadní stav techniky

V současné době se pro demodulaci frekvenčně modulovaných signálů (dále jen FM) nebo pulsně šířkových modulovaných signálů (dále jen PŠM) používají různé systémy.

Pro FM demodulaci je používán systém, kde je vstupní elektrický signál zapojen na fázový detektor, za nímž je zapojen integrační článek a za ním napětím řízený oscilátor. Oscilátor je výstupem zapojen zpět na fázový detektor. FM demodulace se uskutečňuje tak, že fáze vstupního signálu se porovnává s fází signálu oscilátoru prostřednictvím fázového detektoru, výsledný chybový signál prochází integračním článkem a dolaďuje oscilátor. Řídící napětí na oscilátoru je pak přímo úměrné frekvenci vstupního signálu. Nevýhoda tohoto řešení spočívá v nutnosti použít napětím řízený oscilátor s lineárními vlastnostmi a v nutnosti použít fázový detektor, což obojí má za následek relativně vysokou nákladovost. Tento systém je použitelný jen pro FM demodulaci .

Pro PŠM demodulaci je známý systém, který je opatřen dvěma spínači. První spínač je připojen na vstup do zařízení a je jedním kontaktem zapojen na zdroj konstantního proudu, který je připojen na zdroj napájecího napětí. Druhým kontaktem je první spínač zapojen na připojený uzemněný první kondenzátor, za nímž je zapojena dolní kmitočtová propust, za níž je připojen druhý kondenzátor a výstup se zařízení. Současně je mezi prvním kondenzátorem a dolní kmitočtovou propustí připojen jedním kontaktem druhý spínač. Tento druhý spínač je zapojen druhým kontaktem na jiný zdroj konstantního proudu, který vytváří zátěž konstantním proudem. Spínače střídavě spínají vstupní signál, část svého obvodu a první kondenzátor. Demodulace se uskutečňuje tak, že zdroj konstantního proudu nabíjí v jedné části periody signálu kondenzátor a v druhé části se tento kondenzátor vybíjí do zátěže konstantním proudem. Průměr z napětí na kondenzátorů se odvádí na výstupu z dolní kmitočtové propusti. Je přímo úměrný frekvenci vstupního signálu, kapacitě prvního kondenzátorů, napájecímu napětí a střídě signálu. Tento systém má nevýhody ve velké závislosti výstupního signálu na změnách napájecího napětí a změnách kapacity kondenzátoru působením teplotních a časových vlivů a v nízké selektivitě. Tento systém je použitelný pouze pro PŠM demodulaci, není vhodný pro FM demodulaci.

V PUV 6752-97 a 6753-97 je popsán obvod zařízení pro převod frekvence elektrického signálu na napětí. Tento obvod obsahuje generátor impulzu s konstantní dobou trvání, za nímž je zapojen spínač, napěťový zdroj, primární zdroj proudu, kondenzátor, dolní kmitočtová propust a buď vedlejší zátěž konstantním proudem, nebo

-1CZ 6649 Ul sekundární zdroj proudu. Tento obvod by bylo možno použít také pro zařízení k FM demodulaci, v tom případě by však bylo nezbytné přesné naladění na nosnou frekvenci, nebot výstupní napětí je u tohoto systému závislé na absolutní hodnotě frekvence vstupního signálu.

Podstata technického řešení

Navržené zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace obsahuje elektrický obvod s napěťovým zdrojem, proudovým zdrojem, spínačem a kondenzátorem, kde je vstupní signál zapojen na spínač, který má připojen proudový zdroj, zapojený na napěťový zdroj. Proudovým zdrojem se rozumí zdroj proudu, napájecí zdroj je zdroj napájecího napětí. Za spínačem je zapojena hlavní zátěž, přičemž je obvod zařízení opatřen ještě vedlejší zátěží, která je jedním pólem zapojena na výstup ze zařízení, takže je řízená výstupním napětím. Kondenzátor je jedním jeho pólem připojen do obvodu zařízení, druhým pólem je uzemněn, nebo připojen na jiný potenciál. Jako zátěž se rozumí obvod, který za jednotku času zajistí odvedení konstantního množství elektrického náboje. Sestavením a zapojením obvodu podle navrženého technického řešení se získá zařízení vhodné pro FM i PŠM demodulaci, které nemá nevýhody stávajících zařízení.

Vedlejší zátěž má dvě alternativy zapojení jejího druhého pólu vzhledem ke spínači. Je zapojena druhým pólem bud v části obvodu mezi spínačem a hlavní zátěží, nebo v části obvodu mezi spínačem a proudovým zdrojem. V obou případech je hlavní zátěž zapojena současně na napěťový zdroj, takže je řízená napájecím napětím.

Také kondenzátor má dvě alternativy zapojení. Je jeho jedním pólem zapojen bud mezi spínač a hlavní zátěž, nebo mezi spínač a proudový zdroj. Druhým pólem je uzemněn nebo případně připojen na jiný potenciál. Z výše uvedených alternativ zapojení vedlejší zátěže a kondenzátoru vyplývají čtyři základní kombinace zapojení obvodu zařízení, funkčně optimální.

Obvod zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace může být výhodně opatřen dolní kmitočtovou propustí, která je zapojena jedním pólem na výstup ze zařízení a druhým pólem na kondenzátor. Použitím kmitočtové propusti se dosáhne potlačení zvlnění napětí na kondenzátoru, způsobené nabíjením a vybíjením kondenzátoru, čímž se podstatně zlepší funkční vlastnosti zařízení.

Zařízení pracuje v širokém frekvenčním rozsahu. Jsou potlačeny vlivy změn napájecího napětí i teplotní vlivy. Zapojení nepoužívá vinuté prvky a je materiálově nenáročné, a proto je relativně nenákladné. Výstupní napětí je závislé na změně frekvence vstupního signálu a nikoliv jeho absolutní hodnotě, což má výhodu v tom, že není nutné přesné naládování systému. Je použitelné jak pro FM demodulaci, tak i pro PŠM demodulaci.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je blíže objasněno pomocí výkresů, kde obr. 1 až obr. 4 znázorňují čtyři příkladné alternativní elektrické

-2CZ 6649 Ul obvody navrženého zařízení.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Příkladem provedení technického řešení je zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace, jehož obvod je znázorněn na obr. 1.

Vstupní, modulovaný elektrický signál, je zapojen na spínač

1, který má připojen proudový zdroj 2. Ten je zapojen na napěťový zdroj 3, takže je řízený napájecím napětím. Mezi proudový zdroj 2 a spínač 1 je jedním pólem připojen kondenzátor 4., jehož druhý pól je uzemněn. Za spínač 1 je zapojena hlavní zátěž 5, zapojená na napěťový zdroj 3, takže je řízená napájecím napětím. V tomto konkrétním případě byla použita hlavní zátěž 5 konstantním proudem. Mezi spínačem 1 a hlavní zátěží 5 je zapojena vedlejší zátěž 6, zapojená na výstup ze zařízení, takže je řízená výstupním napětím. V tomto konkrétním případě byla použita vedlejší zátěž 6 konstantním proudem. Mezi kondenzátor 4 a výstup ze zařízení je zapojena dolní kmitočtová propust 7.

Zařízení funguje následovně. Vstupní, modulovaný signál je přiveden na spínač 1, který v jedné půlperiodě signálu části obvodu spíná. Do kondenzátoru 4 vtéká stále elektrický náboj. Pokud je elektrický náboj, který odtekl z kondenzátoru 4 za dobu trvání sepnutí spínače 1 větší, než elektrický náboj, který do něj přitekl za dobu periody vstupního signálu z proudového zdroje

2, začne se na kondenzátoru 4 snižovat elektrický náboj a tím se současně na kondenzátoru 4 sníží napětí. Snížení napětí se přenese přes dolní kmitočtovou propust 7 na výstup ze zařízení, kde ovlivní vedlejší zátěž 6 tak, že se sníží velikost proudu protékajícího vedlejší zátěží 6. Mezi oběma účinky vznikne rovnováha a výstupní napětí se ustálí na konstantní hodnotě. Při frekvenčně modulovaném signálu, tj. je-li zařízení použito k FM demodulaci, spíná každá následující perioda spínač 1 po jinou dobu, což má za následek, že množství náboje odtékající z kondenzátoru 4 se mění a tím se mění i výstupní napětí. Při šířkově modulovaném signálu, tj. je-li zařízení použito k PŠM demodulaci, se mění střída signálu, což má za následek, že se mění množství náboje odtékající z kondenzátoru 4 a tím se mění i výstupní napětí. Tj. v obou případech použití tedy dochází k potřebné změně výstupního napětí.

Při zvýšení napájecího napětí z napěťového zdroje 2 ^se zvýší velikost proudu, dodávaného proudovým zdrojem 2 a současně se zvýší i velikost proudu, který protéká hlavní zátěží 5. Oba účinky se takto ruší a vliv zvýšení napájecího napětí z napěťového zdroje 2 na funkci obvodu je tak potlačen. Teplotní vliv, který zvýší velikost proudu dodávaného proudovým zdrojem 2, zároveň zvýší i velikost proudu, který protéká hlavní zátěží 5. Oba účinky se takto ruší a teplotní vliv na funkci obvodu je potlačen. Snížení napájecího napětí z napěťového zdroje 2 sníží velikost proudu, dodávaného proudovým zdrojem 2, zároveň se sníží i velikost proudu, který protéká hlavní zátěží 5. Oba účinky se takto ruší a vliv snížení napájecího napětí z napěťového zdroje 2 ^na funkci obvodu je potlačen. Teplotní vliv, který sníží velikost

-3CZ 6649 Ul proudu dodávaného proudovým zdrojem 2, zároveň sníží velikost proudu, který protéká hlavní zátěží 5. Oba účinky se takto ruší a teplotní vliv na funkci obvodu je potlačen.

Zařízení by bylo funkční i bez dolní kmitočtové propusti 7, nebylo by však dosahováno optimálního potlačování zvlnění napětí na kondenzátoru 4.

Příklad 2

Jiným příkladným provedením technického řešení je zařízení, jehož obvod je znázorněn na obr. 2.

Zařízení je podobné jako předchozí, liší se jen zapojením vedlejší zátěže 6. Ta je připojena ke kondenzátoru 4 a před spínač 1 a současně je připojena k proudovému zdroji 2. Zapojení na výstup ze zařízení, a tedy řízení vedlejší zátěže 6 výstupním napětím, je stejné jako v předchozím příkladu.

Zařízení funguje obdobně jako zařízení podle příkladu 1.

Příklad 3

Dalším příkladným provedením technického řešení je zařízení, jehož obvod je znázorněn na obr. 3.

Vstupní elektrický signál je zapojen na spínač 2, který má připojen proudový zdroj 2. Ten je zapojen na napěťový zdroj 3, takže je řízený napájecím napětím. Za spínačem 2 připojen jedním pólem kondenzátor 4, který je druhým pólem uzemněn. Za spínačem 2 je také zapojena hlavní zátěž 5, která je zapojena na napěťový zdroj 3, takže je řízená napájecím napětím. Mezi spínačem 2 a hlavní zátěží 5 je ke kondenzátoru 4 zapojena vedlejší zátěž 6., která je zapojená na výstup ze zařízení, takže je řízená výstupním napětím. V tomto konkrétním případě byla použita vedlejší zátěž 6 konstantním proudem. Dolní kmitočtová propust 7 je zapojena jedním pólem mezi kondenzátorem 4 a hlavní zátěží 5 a druhým je zapojena na výstup ze zařízení.

Zařízení funguje následovně. Vstupní, modulovaný signál je přiveden na spínač 1, který v jedné půlperiodě signálu části obvodu spíná. Z kondenzátoru 2 odtéká stále elektrický náboj. Pokud je elektrický náboj, který přitekl do kondenzátoru 4 za dobu trvání sepnutí spínače 2 větší, než elektrický náboj, který z něj odtekl za dobu periody vstupního signálu do hlavní zátěže 5, začne se na kondenzátoru 4 zvyšovat elektrický náboj a tím se současně na kondenzátoru 4 zvýší napětí. Zvýšení napětí se přenese přes dolní kmitočtovou propust 7 na výstup ze zařízení, kde ovlivní vedlejší zátěž 6 tak, že se zvýší velikost proudu protékajícího vedlejší zátěží 6. Mezi oběma účinky vznikne rovnováha a výstupní napětí se ustálí na konstantní hodnotě. Při frekvenčně modulovaném signálu, tj. je-li zařízení použito k FM demodulaci, spíná každá následující perioda spínač 2 po jinou dobu, což má za následek, že množství náboje přitékající do kondenzátoru 4 se mění a tím se mění i výstupní napětí. Při šířkově modulovaném signálu, tj. je-li zařízení použito k PŠM demodulaci, se mění

-4CZ 6649 Ul střída signálu, což má za následek, že se mění množství náboje přitékající do kondenzátoru 4 a tím se mění i výstupní napětí. Tj. v obou případech použití tedy dochází k potřebné změně výstupního napětí.

Vliv zvýšení nebo snížení napájecího napětí, a také působení teplotních vlivů, jsou potlačeny stejným způsobem, jako u předchozích příkladů.

Příklad 4

Dalším příkladným provedením technického řešení je zařízení, jehož obvod je znázorněn na obr. 4.

Zařízení je podobné jako předchozí, liší se jen zapojením vedlejší zátěže 6. Ta je připojena mezi spínačem 1 a proudovým zdrojem 2. Zapojení na výstup ze zařízení, a tedy řízení vedlejší zátěže 6 výstupním napětím, je stejné jako v předchozím příkladu.

Zařízení funguje obdobně jako zařízení podle příkladu 3.

Claims (6)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace, které obsahuje obvod s napěťovým zdrojem, proudovým zdrojem, spínačem a jedním pólem připojeným kondenzátorem, kde je vstupní signál zapojen na spínač, který má zapojen proudový zdroj, zapojený na napěťový zdroj, přičemž za spínačem je zapojena hlavní zátěž, vyznačující se tím, že jeho obvod je opatřen vedlejší zátěží /6/, která je jedním pólem zapojena na výstup ze zařízení.

2. Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace podle nároku 1, vyznačující se tím, že vedlejší zátěž /6/ je zapojena druhým pólem v části obvodu mezi spínačem /1/ a hlavní zátěží /5/, přičemž hlavní zátěž /5/ je zapojena současně na napěťový zdroj /

3/.

Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace podle nároku 1, vyznačující se tím, že vedlejší zátěž /6/ je zapojena druhým pólem v části obvodu mezi spínačem /1/ a proudovým zdrojem /2/, přičemž hlavní zátěž /5/ je zapojena současně na napěťový zdroj /3/.

4. Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace podle nároků 1 a 2 nebo 3, vyznačující se tím, že kondenzátor /4/ je jeho jedním pólem zapojen mezi spínač /1/ a hlavní zátěž /5/.

5. Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace podle nároků 1 a 2 nebo 3, vyznačující se tím, že kondenzátor /4/ je jeho jedním pólem zapojen mezi spínač /1/ a proudový zdroj /2/.

-5CZ 6649 Ul

6. Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že jeho obvod je opatřen dolní kmitočtovou propustí /7/, která je zapojena jedním pólem na výstup ze zařízení a druhým pólem na kondenzátor /4/.