АМПЛИТУДНЫЙ ДЕТЕКТОР Российский патент 2008 года по МПК H03D1/18 

Описание патента на изобретение RU2328068C1

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительной технике и в приемных устройствах для демодуляции сигналов, модулированных по амплитуде.

Известно устройство по авторскому свидетельству СССР SU №1566459 A1 H03D 1/18, содержащее соединенные в кольцо первый резистор, первый конденсатор, катод первого диода, катод второго диода, второй конденсатор, второй резистор, причем точка соединения резисторов является входом устройства, последовательно соединенные третий и четвертый конденсаторы, причем первый подключен к точке соединения первых резистора и конденсатора, а второй к точке соединения вторых резистора и конденсатора, последовательно соединенные усилитель переменного напряжения и пятый конденсатор, причем инвертирующий вход усилителя подключен к точке соединения третьего и четвертого конденсаторов, а пятый конденсатор к точке соединения первого и второго диодов, последовательно соединенные первый интегрирующий усилитель, интегрирующий вход которого подключен к точке соединения первых конденсатора и диода и третий резистор, который подключен к точке соединения вторых резистора и конденсатора, последовательно соединенные второй интегрирующий усилитель, инвертирующий вход которого подключен к точке соединения вторых конденсатора и диода и четвертый резистор, который подключен к точке соединения первых резистора и конденсатора.

Поскольку соединение первого резистора, третьего конденсатора, а также второго резистора и четвертого конденсатора с входной емкостью усилителя переменного напряжения образуют фильтр низких частот, полоса данного устройства по высоким частотам ограничена. Поэтому, недостатком устройства является ограниченный диапазон рабочих частот.

Известен также амплитудный детектор, описанный в книге Волгина Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения. М., Сов. Радио, 1977, с.197, рис.4.32, содержащий последовательно соединенные фильтр высоких частот, состоящий из конденсатора и резистора, коммутатор, преобразователь амплитудных значений (ПАЗ), разделительный конденсатор, фильтр, усилитель переменного напряжения (УПН), синхродетектор, управляемый делитель напряжения (УДН), выход которого является выходом устройства и делитель напряжения на резисторах, выход которого подключен к второму входу коммутатора, а также генератор управляющего напряжения, выходы которого подключены к управляющему входу коммутатора и второму входу синхродетектора, и источник опорного напряжения, подключенный ко второму входу УДН.

Если амплитуду огибающей выходного сигнала ПАЗ записать как Um-βE (см. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения. М., Сов. Радио, 1977, с.197), где

Um - амплитуда входного сигнала,

β - коэффициент передачи делителя напряжения на резисторах,

Е - выходное постоянное напряжение на выходе амплитудного детектора, то функцию преобразования данного амплитудного детектора можно записать следующим образом (см. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения. М., Сов. Радио, 1977, с.198, формула 4.41).

где k=k1·k2·k3·k4·k5 - произведение коэффициентов передачи пассивного ПАЗ, фильтра, УПН, синхродетектора и УДН;

- функция, взаимообратная функции преобразования пассивного ПАЗ.

Как видно из приведенной формулы, напряжение на выходе данного амплитудного детектора в значительной степени зависит от коэффициента передачи пассивного ПАЗ, рабочая точка которого не стабилизирована.

Поэтому, при низкой температуре и малом (50-100 мВ) уровне входного сигнала коэффициент передачи ПАЗ близок к нулю. При этом в соответствии с вышеприведенной формулой произойдет сбой в работе амплитудного детектора.

Наиболее близким аналогом является устройство, описанное в книге Волгина Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения. М., Сов. Радио, 1977, с.197, рис.4.32, содержащее коммутатор, преобразователь амплитудных значений, делитель напряжения, генератор управляющего напряжения и источник опорного напряжения.

Для улучшения точности преобразования амплитуды входного переменного сигнала в постоянное напряжение при сохранении диапазона частот пассивного ПАЗ, предложен амплитудный детектор, содержащий ключ, преобразователь амплитудных значений, генератор импульсов, источник опорного напряжения, делитель напряжения, отличающийся тем, что в него введены сумматор, подключенный между ключом и преобразователем амплитудных значений, последовательно соединенные первое устройство выборки и хранения, первый усилитель постоянного тока, первый фильтр низких частот, причем выход первого устройства выборки и хранения соединен с инверсным входом первого усилителя постоянного тока, а выход первого фильтра низких частот подключен к второму входу сумматора, последовательно соединенные второе устройство выборки и хранения, второй фильтр низких частот, второй усилитель постоянного тока, выход которого является выходом устройства, а также второй ключ, при этом инверсный выход второго усилителя постоянного тока через делитель напряжения и второй ключ подключен к третьему входу сумматора, прямой выход генератора импульсов подключен к входам управления первого и второго ключей и второго устройства выборки и хранения, а инверсный выход генератора импульсов подключен к входу управления первого устройства выборки и хранения, выход источника опорного напряжения подключен к прямому входу первого усилителя постоянного тока и к инверсному входу второго усилителя постоянного тока.

На чертеже приведена схема устройства и изображены:

1 - первый ключ,

2 - сумматор,

3 - преобразователь амплитудных значений,

4 - первое устройство выборки и хранения,

5 - первый усилитель постоянного тока,

6 - первый фильтр низких частот,

7 - второе устройство выборки и хранения,

8 - второй фильтр низких частот,

9 - второй усилитель постоянного тока,

10 - делитель напряжения,

11 - генератор импульсов,

12 - источник опорного напряжения,

13 - второй ключ.

Амплитудный детектор содержит: первый ключ 1, сумматор 2, преобразователь амплитудных значений 3, первое устройство выборки и хранения (УВХ) 4, первый усилитель постоянного тока (УПТ) 5, первый фильтр низких частот (ФНЧ) 6, второе устройство выборки и хранения 7, второй фильтр низких частот 8, второй усилитель постоянного тока 9, делитель напряжения 10, генератор импульсов 11, источник опорного напряжения (ИОН) 12, второй ключ 13.

Амплитудный детектор работает следующим образом. С прямого выхода генератора импульсов 11 сигнал поступает на входы управления первого ключа 1, второго ключа 13 и второго УВХ 7, с инверсного выхода на управляющий вход первого УВХ 4.

В момент отсутствия импульса на входах первого ключа 1 и второго ключа 13, сигналы через них не проходят, т.е. входной переменный сигнал и сигнал с выхода делителя напряжения 10 не поступают на второй и третий входы сумматора 2. При этом на выходе ПАЗ 3 присутствует постоянное напряжение, накопленное на внутренней емкости, а на входе присутствует очищенный от помех коммутации сигнал с выхода первого ФНЧ 6. Первое УВХ 4 в этот момент времени открыто для выборки по входу управления, а второе УВХ 7 хранит предыдущее состояние ПАЗ 3. Напряжение с выхода УВХ 7 вычитается из напряжения ИОН 12 и через второй УНТ 9, делитель напряжения 10 поступает на вход второго ключа 13.

В момент действия импульса с генератора импульсов 11 открываются первый 1 и второй 13 ключи и сигналы с их выходов поступают на входы сумматора 2, а затем через ПАЗ 3 на вход первого УВХ 4, которое находится в состоянии хранения предыдущего значения входного сигнала. Второе УВХ 7 в этот момент находится в режиме выборки сигнала с выхода ПАЗ 3.

Таким образом, имеем два кольца автоподстройки амплитуды сигнала действующих поочередно во времени. Первое состоит из сумматора 2, ПАЗ 3, первого УВХ 4, первого УПТ 5 и первого ФНЧ 6. Второе из сумматора 2, ПАЗ 3, второго УВХ 7, второго ФНЧ 8, второго УПТ 9, делителя напряжения 10, второго ключа 13.

Характеристическое уравнение для кольца автоподстройки, содержащего сумматор 2, ПАЗ 3, первое УВХ 4, первый УПТ 5, первый ФНЧ 6 выглядит следующим образом.

UФНЧ1=(UИОН-UФНЧ1·КСУМ·КПАЗ·KУВХ1)·КУПТ1КФНЧ1,

где UИОН - напряжение на выходе ИОН 12,

UПАЗ - напряжение на выходе ПАЗ 3,

КУВХ1 - коэффициент передачи первого УВХ 4,

КФНЧ1 - коэффициент передачи первого ФНЧ 6,

UФНЧ1 - напряжение на выходе первого ФНЧ 6,

КСУМ - коэффициент передачи сумматора 2,

КУПТ1 - коэффициент передачи первого УНТ 5.

После преобразований получим.

UФНЧ1=(UИОН·KУПТ1·КФНЧ1)/(1+КСУМ·КПАЗ·КУВХ1·КУПТ1·КФНЧ1)).

При КФНЧ1≈1, КСУМ≈1, КУПТ1≈50000, КУВХ1≈1, КПАЗ≈0,01-0,05 получим

UФНЧ1≈UИОНПАЗ.

Т.е. в моменты времени, когда первый ключ 1 и второй ключ 13 закрыты, на выходе первого ФНЧ 6 присутствует напряжение, равное UИОНПАЗ.

Рассмотрим работу второго кольца автоподстройки, состоящего из сумматора 2, ПАЗ 3, второго УВХ 7, второго ФНЧ 8, второго УПТ 9, делителя напряжения 10, второго ключа 13. Характеристическое уравнение для этого кольца будет выглядеть следующим образом.

UВЫХ=((UФНЧ1+UВХ·КК1-UВЫХ·КДН·КК2)·КСУМ·КПАЗ·КУВХ2·КФНЧ2-UИОН)·КУПТ2,

где UВХ - входное переменное напряжение,

UФНЧ1 - напряжение на выходе первого ФНЧ 6,

UВЫХ - напряжение на выходе амплитудного детектора,

КДН - коэффициент передачи делителя напряжения 10,

КУПТ1 - коэффициент передачи второго УПТ 9,

КК1 - коэффициент передачи ключа 1,

KК2 - коэффициент передачи ключа 13.

Учитывая, что UФНЧ1≈UИОНПАЗ, а также КК1≈КК2≈1, КСУМ≈1, КУВХ2≈1, КФНЧ2≈1, а также, что КУПТ2≈50000, КПАЗ≈0,025-0,5 после преобразований получим.

UВЫХ=UВХ·КПАЗ·КУПТ2/(1+КДН·КПАЗ·КУПТ2)≈UВХДН.

Т.е. напряжение на выходе описанного амплитудного детектора не зависит ни от нестабильного коэффициента передачи ПАЗ 3, ни от изменения напряжения ИОН 12.

Следует отметить, что стабильность коэффициентов передачи всех устройств, входящих в амплитудный детектор, в несколько раз выше по сравнению со стабильностью пассивного ПАЗ. Поэтому, неравенство единице коэффициентов КК1, КК2, КСУМ, КУВХ2, КФНЧ2 легко компенсировать при настройке амплитудного детектора, и в дальнейшем их влиянием на стабильность коэффициента передачи амплитудного детектора можно пренебречь.

Таким образом, кольцо автоподстройки, состоящее из сумматора 2, ПАЗ 3, первого УВХ 4, первого УПТ 5, первого ФНЧ 6 обеспечивает с высокой точностью стабильность рабочей точки амплитудного детектора, а кольцо автоподстройки, состоящее из сумматора 2, ПАЗ 3, второго УВХ 7, второго ФНЧ 8, второго УПТ 9, делителя напряжения 10 и второго ключа 13 обеспечивает стабильность коэффициента преобразования ПАЗ 3 для разных уровней переменного напряжения. Все это значительно повышает точность преобразования амплитудных значений переменных сигналов относительно аналогов.

Преобразователь амплитудных значений (ПАЗ) может быть реализован по одно или двухдиодной схемам или с использованием транзистора в диодном включении. Сумматор может быть выполнен на резисторах или на широкополосном трансформаторе. Устройство выборки и хранения в простейшем случае представляет из себя ключ, выход которого соединен с накопительным конденсатором, второй конец которого соединен с общим проводом. Остальные элементы устройства могут быть выполнены на стандартной элементной базе и не имеют каких-либо особенностей.

Похожие патенты RU2328068C1

название год авторы номер документа
ФОРМИРОВАТЕЛЬ КВАДРАТУРНЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 2014
  • Дубровин Виктор Степанович
  • Зюзин Алексей Михайлович
RU2553434C1
Устройство для контроля деградации МДП-структур 1990
  • Балтянский Сема Шлемович
  • Зверева Валерия Вадимовна
  • Карпанин Олег Валентинович
  • Лихацкий Леонид Григорьевич
  • Метальников Алексей Михайлович
  • Чернецов Константин Николаевич
  • Шубин Вячеслав Семенович
SU1783454A1
Способ определения параметров комплексного сопротивления с емкостной составляющей 1987
  • Заико Александр Иванович
  • Тимербаев Вилор Камильевич
SU1465817A1
ФОРМИРОВАТЕЛЬ ТРЕХФАЗНЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 2014
  • Дубровин Виктор Степанович
  • Зюзин Алексей Михайлович
RU2553418C1
Устройство для измерения характеристик внутреннего трения 1987
  • Суминов Вячеслав Михайлович
  • Перель Ефим Абрамович
  • Козлов Дмитрий Николаевич
  • Дудатий Алексей Михайлович
SU1552067A1
ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2009
RU2433528C2
Устройство частотного компандирования звуковых сигналов 1990
  • Туник Владимир Федотович
SU1795561A1
Устройство автоматической регулировки усиления 2023
  • Древаль Сергей Александрович
RU2817198C1
УТРОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ 2014
  • Дубровин Виктор Степанович
  • Зюзин Алексей Михайлович
RU2565509C1
Цифровой синтезатор частот 1987
  • Усачев Иван Петрович
SU1510080A1

Реферат патента 2008 года АМПЛИТУДНЫЙ ДЕТЕКТОР

Изобретение относится к радиотехнике для использования в прецизионной измерительной технике и в приемных устройствах для демодуляции сигналов, модулированных по амплитуде. Технический результат заключается в улучшении точности преобразования. Амплитудный детектор (АД) содержит два кольца автоподстройки уровня напряжения. Первое кольцо автоподстройки состоит из сумматора (2) преобразователя амплитудных значений (ПАЗ) (3), первого устройства выборки и хранения (УВХ) (4), первого усилителя постоянного тока (УПТ) (5), первого ФНЧ (6) и обеспечивает с высокой точностью стабильность рабочей точки АД. Второе кольцо автоподстройки состоит из сумматора (2), ПАЗ (3), второго УВХ (7), второго ФНЧ (8), второго УПТ (9), делителя напряжения (10) и второго ключа (13) и обеспечивает стабильность коэффициента преобразования ПАЗ (3) для разных уровней переменного напряжения. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 328 068 C1

Амплитудный детектор, содержащий ключ, преобразователь амплитудных значений, генератор импульсов, источник опорного напряжения, делитель напряжения, отличающийся тем, что в него введены сумматор, подключенный между ключом и преобразователем амплитудных значений, последовательно соединенные первое устройство выборки и хранения, первый усилитель постоянного тока, первый фильтр низких частот, причем выход первого устройства выборки и хранения соединен с инверсным входом первого усилителя постоянного тока, а выход первого фильтра низких частот подключен к второму входу сумматора, последовательно соединенные второе устройство выборки и хранения, второй фильтр низких частот, второй усилитель постоянного тока, выход которого является выходом устройства, а также второй ключ, при этом инверсный выход второго усилителя постоянного тока через делитель напряжения и второй ключ подключен к третьему входу сумматора, прямой выход генератора импульсов подключен к входам управления первого и второго ключей и второго устройства выборки и хранения, а инверсный выход генератора импульсов подключен к входу управления первого устройства выборки и хранения, выход источника опорного напряжения подключен к прямому входу первого усилителя постоянного тока и к инверсному входу второго усилителя постоянного тока.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2328068C1

ВОЛГИН Л.И
Измерительные преобразователи переменного напряжения
- М.: Сов
радио, 1977, с.197, рис.4.32
Преобразователь переменного напряжения в постоянное 1987
  • Пунгас Тоом Айнович
  • Мяртенс Олев Иоханович
  • Корсен Вилье Каарелович
  • Хунт Юхан Карл-Аугустович
SU1566459A1
Фазочувствительный демодулятор 1986
  • Ананин Евгений Владимирович
  • Боос Владимир Яковлевич
  • Лях Николай Ефимович
  • Хусаинов Рустам Зайнагеддинович
SU1443126A1
Детектор огибающей амплитудномодулированных сигналов 1980
  • Годлевский Виталий Станиславович
  • Рачитский Георгий Иванович
  • Васильев Юрий Витальевич
SU866562A1
DE 3935911 A1, 02.05.1991.

RU 2 328 068 C1

Авторы

Зюзенков Вячеслав Павлович

Даты

2008-06-27Публикация

2007-02-05Подача