CZ6650U1 - 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 kondenzátoru se odvádí na výstupu z dolní kmitočtové propusti. Je přímo úměrný frekvenci vstupního signálu, kapacitě prvního kondenzátoru, 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 6650 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, neboť 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, primárním zdrojem proudu, spínačem a kondenzátorem, kde je vstupní signál zapojen na spínač, který má připojen primární zdroj proudu, zapojený na napěťový zdroj. Napěťovým zdrojem se rozumí zdroj napájecího napětí. Obvod je opatřen sekundárním zdrojem proudu, který je zapojen jednak na napájecí zdroj, jednak na výstup ze zařízení, takže je řízený výstupním napětím. Za spínačem je zapojena zátěž, která je jedním pólem zapojena na napěťový zdroj, takže je řízená napájecím napětím. Jako zátěž se rozumí obvod, který za jednotku času zajistí odvedení konstantního množství elektrického náboje. Kondenzátor je jedním jeho pólem připojen do obvodu zařízení, druhým pólem je uzemněn, nebo připojen na jiný potenciál. Sestavením a zapojením obvodu podle navrženého technického řešení se získá zařízení vhodné pro FM i PŠM demodulaci, které nemá nevýhody stávajících zařízení.

Sekundární zdroj proudu má dvě alternativy zapojení jeho dalšího pólu vzhledem ke spínači. Je tímto pólem zapojen buď v části obvodu mezi spínačem a zátěží, nebo v části obvodu mezi spínačem a primárním zdrojem proudu.

Také kondenzátor má dvě alternativy zapojení. Je jeho jedním pólem zapojen buď mezi spínač a zátěž, nebo mezi spínač a primární zdroj proudu. Druhým pólem je uzemněn nebo případně připojen na jiný potenciál. Z výše uvedených alternativ zapojení sekundárního zdroje proudu 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 nalaďování systému. Zařízení je přitom vysoce selektivní. 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 6650 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 primární zdroj 2 proudu. Ten je zapojen na napěťový zdroj 3, takže je řízený napájecím napětím. Mezi primární zdroj 2 proudu a spínač 1 je jedním pólem připojen kondenzátor 4, jehož druhý pól je uzemněn. Za spínač 1 je zapojena zátěž 5, zapojená na napěťový zdroj 3_, takže je řízená napájecím napětím. V tomto konkrétním případě byla použita zátěž 5 konstantním proudem. Obvod je opatřen sekundárním zdrojem 6 proudu, který je zapojen na napěťový zdroj 2 ^a kondenzátor 4 a současně je zapojen na výstup ze zařízení, takže je řízen výstupním napětím. Mezi kondenzátor 4 a výstup ze zařízení je zapojena dolní kmitočtová propust Ί_.

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 primárního zdroje 2 proudu, 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 sekundární zdroj 6 proudu tak, že se zvýší velikost proudu protékajícího sekundárním zdrojem 6 proudu. 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 £ 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 dochází k potřebné změně výstupního napětí.

Při zvýšení napájecího napětí z napěťového zdroje 3 se zvýší velikost proudu, dodávaného primárním zdrojem 2 proudu a současně se zvýší i velikost proudu, který protéká 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 primárním zdrojem 2 proudu, zároveň zvýší i velikost proudu, který protéká zátěží 5. Oba účinky se takto ruší a teplotní vliv na funkci obvodu je potlačen. Snížení napájecího napětí z napěťového zdroje 3 sníží velikost proudu, dodávaného primárním zdrojem 2 proudu, zároveň se sníží i velikost proudu, který protéká zátěží 5. Oba účinky se takto ruší a vliv snížení napájecího napětí z napěťového zdroje 2 na funkci

-3CZ 6650 Ul obvodu je potlačen. Teplotní vliv, který sníží velikost proudu dodávaného primárním zdrojem 2 proudu, zároveň sníží velikost proudu, který protéká 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 sekundárního zdroje 6 proudu. Ten je zapojen na napěťový zdroj 3, na výstup ze zařízení a dalším pólem mezi spínač 1 a zátěž 5. Současně je připojen k primárnímu zdroji 2 proudu. Zapojení na výstup ze zařízení, a tedy řízení sekundárního zdroje 6 proudu 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 1, který má připojen primární zdroj 2 proudu. Ten je zapojen na napěťový zdroj 3., takže je řízený napájecím napětím. Za spínačem 1 je připojen jedním pólem kondenzátor 4, který je druhým pólem uzemněn. Za spínačem 1 je také zapojena zátěž 5, která je zapojena na napěťový zdroj 3., takže je řízená napájecím napětím. V tomto konkrétním případě byla použita zátěž 5 konstantním proudem. Na kondenzátor 4 a na napěťový zdroj je zapojen sekundární zdroj 6. proudu, který je zapojen současně také na výstup ze zařízení, takže je řízen výstupním napětím. Dolní kmitočtová propust 7 je zapojena jedním pólem mezi kondenzátorem 4 a 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 4 odtéká stále elektrický náboj. Pokud je elektrický náboj, který přitekl do kondenzátoru 4 za dobu trvání sepnutí spínače 1 větší, než elektrický náboj, který z něj odtekl za dobu periody vstupního signálu z primárního zdroje 2 proudu, 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 sekundární zdroj 6 proudu tak, že se sníží velikost proudu protékajícího sekundárním zdrojem 6 proudu. 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

-4CZ 6650 Ul 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 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 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 sekundárního zdroje 6 proudu. Ten je připojen mezi spínačem χ a primárním zdrojem 2 proudu a současně je zapojen na napěťový zdroj 3. a výstup ze zařízení. Zapojení na výstup ze zařízení, a tedy řízení sekundárního zdroje 6 proudu 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 primární zdroj proudu, zapojený na napěťový zdroj, přičemž za spínačem je zapojena zátěž, vyznačující se tím, že jeho obvod je opatřen sekundárním zdrojem /6/ proudu, který je zapojen na výstup ze zařízení a na napěťový zdroj /3/, přičemž také zátěž /5/ je zapojena na napěťový zdroj /3/.

2. Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace podle nároku 1, vyznačující se tím, že sekundární zdroj /6/ proudu je zapojen dalším pólem v části obvodu mezi spínačem /1/ a zátěží /5/.

3. Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace podle nároku 1, vyznačující se tím, že sekundární zdroj /6/ proudu je zapojen dalším pólem v části obvodu mezi spínačem /1/ a primárním zdrojem /2/ proudu.

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 zátěž /5/.

5. Zařízení pro demodulaci frekvenční a pulsně šířkové modulace

-5CZ 6650 Ul podle nároků 1 a 2 nebo 3, vyznačující se tím, že kondenzátor /4/ je jeho jedním pólem zapojen mezi spínač /1/ a primární zdroj /2/ proudu.

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/.