Простой амплитудный модулятор на основе ограничителя с плавным порогом

Texas Instruments TL081

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2018

Herminio Martinez

EDN

Одной из самых популярных схем контроля амплитуды генераторов является ограничитель с плавным порогом (Рисунок 1а). При низком входном напряжении VOUT(t) диоды D1 и D2 закрыты. В результате, весь входной ток VIN(t)/R1 идет через резистор обратной связи R2, и выходное напряжение равно

Эта формула описывает линейную часть передаточной характеристики ограничителя, имеющую наклон –(R2/R1).

Недорогой точный оптически изолированный передатчик токовой петли 4-20 мА Недорогой точный оптически изолированный передатчик токовой петли 4-20 мА
а) б)
Рисунок 1. Основу этого ограничителя с плавным порогом составляют диоды в цепи
обратной связи (а). Когда диоды начинают проводить ток, на передаточной
характеристике появляются точки перегиба (б).

Когда же VOUT(t) начинает расти вверх, напряжение VA становится более положительным, удерживая диод D1 в закрытом состоянии, а VB становится более отрицательным. Затем, если продолжить снижать напряжение VIN(t), выходное положительное напряжение достигнет уровня, при котором напряжение VB становится равным примерно 0.7 В, и диод D2 открывается. В этом случае уровень положительного ограничения VL+ равен

где Vg – прямое падение напряжения на диоде, равное приблизительно 0.7 В. Если VIN(t) уменьшится ниже этого значения, напряжение VOUT(t) увеличится, ток, идущий в диод D2 вырастет, и напряжение VB остается примерно на уровне  –Vγ. Таким образом, ток через R5 остается постоянным, а дополнительный ток диода течет через резистор R6. По сути, R6 оказывается включенным параллельно резистору обратной связи R2, и, если пренебречь прямым сопротивлением диода, коэффициент усиления AV в области положительного ограничения будет равен

Заметим, что для того, чтобы наклон передаточной характеристики в области ограничения был небольшим, сопротивление резистора R6 следует выбирать низким. Передаточную характеристику для положительного напряжения VIN(t) или отрицательного VOUT(t) можно получить способом, аналогичным описанному выше. Легко видеть, что для положительного напряжения VIN(t) диод D1 играет ту же роль, что и диод D2 для отрицательного VIN(t). Следовательно, уровень отрицательного ограничения VL– равен

а наклон передаточной характеристики в области отрицательного ограничения определяется формулой

Обратите внимание, что с увеличением сопротивления R2 усиление в линейной области растет, поэтому уровни порогов VL+ и VL– остаются неизменными. Если R2 удалить из схемы, ограничитель превращается в компаратор.

Таким образом, схема на Рисунке 1 работает как ограничитель с плавно перестраиваемыми порогами VL+ и VL–, уровни которых зависят от выбора соответствующих сопротивлений резисторов и опорных напряжений ±VREF. Отсюда следует, что для изменения уровней ограничения можно использовать управляющее напряжение. На основе этой конфигурации сделан простой амплитудный модулятор. На Рисунке 2 изображен генератор с фазосдвигающей RC цепью, в котором ограничитель с плавным порогом включен в состав усилителя напряжения. Вместо показанного на схеме можно использовать другой RC генератор, или же генератор с LC цепочкой. Изменять опорные напряжения VREF и –VREF можно с помощью входного модулирующего напряжения VM(t). Это напряжение динамически регулирует уровни насыщения на выходе генератора. Амплитуда выходного напряжения и индекс модуляции определяются соотношением сопротивлений резисторов ограничителя.

Недорогой точный оптически изолированный передатчик токовой петли 4-20 мА
Рисунок 2. Включив ограничитель с плавным порогом в цепь обратной
связи генератора на основе фазосдвигающей цепочки, можно
сделать простой амплитудный модулятор.

На Рисунке 3 показаны формы входного модулирующего сигнала VM(t) и модулированного выходного сигнала генератора VOUT(t), полученные при использовании компонентов с номиналами, изображенными на Рисунке 2. Входной модулирующий сигнал VM(t) имеет синусоидальную форму с амплитудой 3 В, а резистор R9 добавляет напряжение смещения 5 В. Схема работает подобно четырехквадрантному аналоговому умножителю.

а) Недорогой точный оптически изолированный передатчик токовой петли 4-20 мА
б) Недорогой точный оптически изолированный передатчик токовой петли 4-20 мА
Рисунок 3. Подача на вход схемы Рисунок 2 управляющего напряжения
VM(t) (а) позволяет получить модулированное выходное
напряжение VOUT(t) (б).

Ссылки

  1. Sedra, Adel S, and Kenneth C Smith, Microelectronic Circuits: Fourth Edition, ISBN 0-19-511663-1, 1998, Oxford University Press, New York.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments TL081

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Soft-limiter circuit forms basis of simple AM modulator

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

TL081 Купить ЦенаКупить TL081 на РадиоЛоцман.Цены — от 1,18 до 27,06
27 предложений от 12 поставщиков
Исполнение: SO8-150-1.27. Операционный усилитель - [SOIC-8-3.9]; Тип ОУ: Стандартный; Каналы: 1; Uпит: 6...36 В; Iпотр: 1.4 мА; Прог. Кусил.: Нет; GBW:...
ЭИК
Россия
TL081CJG
от 1,18 ₽
Стандарт СИЗ
Россия
TL081CDT
STMicroelectronics
4,01 ₽
Контест
Россия
TL081CDT
STMicroelectronics
12,79 ₽
Десси
Россия
Операционный усилитель TL081CDT
STMicroelectronics
27,06 ₽
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя