evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 54
Текст из файла (страница 54)
0 Обозначим х, — среднее значение измеряемой величины х за период Т т х, = — / х(г)бг. о Тогда у, = а//еТ + аМТх, = аТЩ, + /сх .); Т вЂ” у„ /а (П<, йх,) . Отсюда 1/7 (а/у ) (Ге + Ф х т) С учетом (5.15) и (5.1б) /е тох (5.17) Показанный на рис. 5.13,б сигнал имеет импульсы одинаковой длительности при любых значениях периода Т. На рис.
5.14,а показан случай, когда х меняется во времени. Этому соответствует импульсный сигнал переменной частоты с постоянной длительностью импульсов, показанный на рис. 5.14,6. Применяется и другой вариант ЧИМ (рис. 5.14,а), при котором соблюдается постоянная скважность им. пульсов, равная 2, т. е. и = Т/г„ = 2. Для этого применяют двухтактную схему модуляции: такты развертки по диаграмме рис. 5.13,а разделяюттриггернымсчетным уст- +„сопят ем Рис. 5.14 Фи Фнч Рис.
5.15 ройством на четные и нечетные и вьщают в течение всего периода развертки с нечетным номером импульс, а с четным номером — паузу. Тогда период выходного сигнала Т' оказывается равным 2Т, а частота /' вдвое меньше, т. е. Х = /о/2 + ЯПХ Т. увеличив вдвое крутизну развертки у (т) путем удвоения коэффи- Р циента а, можно сохранил при двухтактной схеме модуляции тот же диапазон частот, что и диапазон / при однотактной схеме.
Дискретизация функции х (Г) при частотно-импульсной модуляции носит своеобразный характер: во-цервых, период дискретизации Т является переменньач; во-вторых, параметр образуемого сигнала зависит не от значения дискретной ординаты х, а от среднего значения за период х ар Т' Простейший частотно. импульсный демодулятор (рис. 5.15) состоит из формирователя импульсов Фо и фильтра нижних частот Фй/гТ. Первый формирует импульсы по амплитуде и длительности так, чтобы вьщерживалось условие П г„= сопят. Второй задерживает в спектре этих импульсов высокие частоты, но пропускает низкие, соответствуиацие спектру функции х(С). Иными словами, фильтр выделяет текушее среднее значение импульсного сигнала, которое при постоянной плошади импульсов пропорционально их частоте.
Действительно, сред- 266 Рип 5.1б Рис 5.17 нее значение напряжения сигнала за каждый период Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) получается путем изменения длительности импульсов г„по линейному закону в функции значений дискретных ординат х,.: (5. 18) =1 +Ьхг, в нс При атом период Те и амплитуда У~, сохраняются постоянными. Процесс ШИМ иллюстрируется рис, 5.1б. Практическая реализация ШИМ показана на схеме рис. 5.17 и нллюстрируегся диаграммами рис.
5.18. Используется метод развертывающего преобразования. Генератор развертки ГР работает с периодом Те и выдает напряжение развертки и (г) = П + лг, где У вЂ” некоторое начальное напряжение. н Начало развертки определяется импульсом запуска, переводящим триггер Т в состояние 1. Соответствующий вход триггера обозначен о.
Блок сРавнениЯ БС сРавнивает ир(г) с напРЯжением их(г), свЯ- занным с функцией х(г) соотношением (5.1). В момент г„наступает их равенство и БС выдает сигнал, переводящий триггер Т в состоя- 267 а Рис. 5.1е ние 0 ло входу к. С триггера снимается выходной импульс длительностью г„. В момент г а н в е ( н)' отсюда г„= (и, — П„)/а + (й/а)х(г„). Значения У и а выбираются так, чтобы соблюдались равенства н (Пе — ~'н)/ = яп /г/а = й. (5.19) Если принять, что хь есть значение х в момент г„, то (5.19) эквивалентно (5.18).
В этом работа рассмотренного модулятора отличается от того, что показан на рис. 5.16, где хг — значение х в момент начала /-го периода. Но такой вариант модуляции требует некоторого усложнения схемы: нужно ввести устройство, замерякацее значение хь в моменты начала кажного периода и запоминающее их на время 'Ре. При этом напряжение развертки сравнивается с напряжением, снимаемым с указанного запоминающего элемента. В простейшем варианте широтно-импульсный демодулятор может быль построен по схеме, внешне иднггичной схеме рис. 5.15. Внутреннее отличие состоит в том,чтоформирователь импульсов ФИ в данном случае обеспечивает постоянство амплитуды П, а длительность импульса г на его выходе — такая же, как и на входе. и В более сложном варианте демодулятора (рис.
5.19) используется обратный развертывающий преобразователь ОРП, у которого напряжение и (г) линейно возрастает в течение длительности входнои го импульса и затем остаегся неизменным до окончания периода, когда оно через ключ К вводится в элемент памяти ЭП, сохраняющий по- 263 лРЛ и е) пр(е) Рис. 5.19 а) ь "1 ! ~ г Рис. 5.20 лучеиное зиачение напряжения до ввода следующего результата преобразования (рис. 5.20). Напряжение и„(г), снимаемое с элемента памяти, представляет собой результат ступенчатой аппроксимации функции к(г) в соответствии с диаграммой рис. 5.11, только аппроксимирующаяфункциязапаэдываетотиосительно х(Г) иа время, равное периоду сигнала Те.
В несущей импульсной последовательности, изображенной на рис. 5.8, можно смицать импульсы во времени, располагая их не в начале каждого периода, а в любой его части (рис. 5.21,б). Смещению импульса во времени г соответствует смешение по фазе. Фазу мож.
но выражать в относительных едииицах г =т~Т или в радианах (по аналогии с начальной фазой синусоидального сиг- нала) Р= г «Т. 269 а) Рис. 5.21 Изменение т в функции х по закону = тс + кхг (5.20) называют фазо-импульсной модуляцией (ФИМ) . Поскольку для восстановления значений хг из такого сигнала его надо сравнивать с опорной импульсной последовательностью, показанной на рис.
5.21,а, удобно передавать получателю информации сигнал, полученный суммированием двух упомянутых сигналов (рис. 5.21, в). Именно такой сигнал чаще всего используют при ФИМ. Очевидно, необходимо соблюдать условие тгтгя ~ гяс. Получить такой сигнал можно из широтно-импульсного сигнала (см.
рис. 5.16,б) с помощью диффереицирующего устройства, вьщеляющего фронты импульсов, и формирователя, выдающего импульсы длительностью г . При атом значения г, в образуемом сигнале равны иО' 1 значениям г . в исходном. Нужно только, чтобы минимальная длии1 тельность исходного сигнала ШИМ была больше Гио. Восстанавливать функцию х(г) на основе сигнала ФИМ можно путем предварительного обратного перехода к сигналу ШИМ с помощью триггера, который переводится в состояние 1 фронтом первого (опорного) импульса н возвращается в состояние 0 фронтом второго (отсчетного) импульса.
Демодуляция же сигнала ШИМ была рассмотрена выше. Модуляция и демодуляция импульсной п>следоватечьности по частате, длительности импульсов или их фазе требуют применения более 270 сложных устройств, чем модуляция и демодуляция по амплитуде. Кроме того, ЧИМ, ШИ4 и ФИМ сигналы имеют более широкий частотный спектр, чем АИМоигналы, и потому для их передачи требуется канал связи с более широкой полосой пропускаемых частот. Тем не менее все эти сигналы широко применяются в измерениях, в вычислительной технике и технике связи. Главная причина заключается в том, что по этим сигналам удается достаточно точно восстановить сообщения„несмотря на искажения, вносимые помехами в канале связи и в устройствах промежуточной обработки.
Вторая причина — возможность использования элементов импульсной техники для построения модуляторов и демодуляторов. Наконец, существует еще одна достаточно серьезная причина. Зто— удобство преобразования частоты или временного интервала в цифровую форму. Для этого используются счетчики импульсов и стабильные генераторы — зацатчнки фиксированной частоты или фиксированных интервалов времени. Частота преобразуется в число путем подсчета количества периодов сигнала в течение заданного интервала времени, а временной интервал преобразуется в число путем подсчета количества импульсов стабильного генератора, укладывающихся в этот интервал.
Такие цифровые преобразователи заменяют в ряде случаев демодуляторы, т. е. обратные преобразователи частоты или времешюго интервала в напряжение. Все описанные выше виды импульсной модуляции основаны на изменении одного из параметров несущей периодической импульсной последовательности, показанной на рис. 5.8. Существует особый вид сигнала, образуемый комбинированием импульсов. Процесс образования такого сигнала получил название кодово-импульсной моцуляции (КИМ). Выполняется оиа следующим образом. Сначала, как и при всех других видах импульсной модуляции, непрывная функция х(Г) подвергается дискретизации по времени с периодом Т, выбираемым таким образом, чтобы на основании набора дискретных ординат х„ можно было затем с требуемой точностью восстановить исходную функцию х (г) .
В простейших случаях пользуются, например, выражением (5.12), относящимся к восстановлению функции методом ступенчатой аппроксимапии (рис. 5.11). Затем кюкцое значение х. подвергают пре- 1 образованию в цифровую форму. Принципы построения таких преобразователей изложены в З 2.13. Числа Ф,, соответствующие значениям ординат хр представляют в форме кодовых комбинаций импульсов, т, е.
в форме сигналов КИМ. Удобно применять такие коды, которые составляются из элементов, имеюш гх только по два значения. Их принято обозначать символами 0 и 1. Тогда при образовании сигнала каждый элемент кода выражают импульсом, у которого один из параметров принимает два зна- 271 чения, Этим параметром может быть либо амплитуда, либо длительность. Если одно иэ двух значений этого параметра принимается равным нулю, то получается, что символ 1 выражается импульсом, а сим:- вол 0 — отсутствием импульса, т. е. паузой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
