Модулятор на моп-транзисторах



Модулятор на моп-транзисторах
Модулятор на моп-транзисторах
Модулятор на моп-транзисторах

 


Владельцы патента RU 2500065:

Афанасьева Галина Николаевна (RU)

Изобретение относится к области усилительной техники и может быть использовано для модуляции слабых постоянных и инфранизкочастотных электрических токов и напряжений. Оно основано на применении МОП-транзисторов. Достигаемый технический результат - уменьшение смещения и дрейфа нуля модулятора. Этот результат достигается тем, что в заявляемом устройстве частота возбуждения и частота модулированного сигнала различны: модуляция осуществляется на удвоенной частоте по отношению к частоте возбуждения. В устройстве используется комплементарная пара МОП-транзисторов (КМОП-пара), включенных по параллельной схеме и возбуждаемых знакопеременными прямоугольными импульсами тока длительностью π/2, при этом на выходе модулятора включен RC-фильтр высоких частот. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области усилительной техники и может быть использовано для модуляции слабых постоянных и инфранизкочастотных электрических токов и напряжений в усилителях типа МДМ (модулятор-демодулятор).

Когда входной сигнал, поступающий на усилитель, имеет частоту ниже или вблизи нижней границы частотного диапазона усилителя, решением проблемы является преобразование входного сигнала в модулированный сигнал более высокой частоты, его усиление, а затем демодуляция до исходной частоты (модуляция-усиление-демодуляция). Характеристики модулятора вносят весьма существенный, а зачастую определяющий вклад в конечные результаты усиления, особенно при низком уровне входного сигнала.

В МДМ-усилителях преимущественное распространение получили контактные и транзисторные модуляторы. Последние характеризуются высокой надежностью и долговечностью [1-3].

Известен транзисторный модулятор, содержащий два МОП-транзистора, включенных в цепь сигнала и возбуждаемых (управляемых) знакопеременными прямоугольными импульсами тока, и согласующее устройство в виде RC-цепочки [3, стр.54, рис.2.19].

Это устройство принято нами за прототип.

Схема известного устройства показана на фиг.1,а.

На схеме изображены: 1 - два МОП-транзистора; 2 - возбуждающие импульсы тока i1(t) и i2(t); 3 - согласующее устройство в виде RC-цепочки; U0 - входное напряжение; uвых(t) - выходное модулированное напряжение.

На фиг.1,б приведены графики, поясняющие работу известного устройства. Здесь изображены (сверху вниз): i1(t) и i2(t) - возбуждающие импульсы тока uвых(t) - импульсы выходного напряжения. Угол α задан начальными условиями настройки генератора возбуждения.

МОП-транзисторы работают как ключи, коммутируя входное напряжение. Наилучшие результаты показывает режим, при котором α→0 и длительность импульсов i1(t) и i2(t) равна π (скважность равна 2). МОП-транзисторы работают противофазно, а модулированный ток i0(t) приобретает форму меандра. При этом из спектра выходного напряжения, содержащего основную частоту и высшие нечетные гармоники, выделяют напряжение основной частоты uвых.1(t)=Um1sin(ωt+φ1), где φ1 - начальная фаза, которое и служит выходным сигналом модулятора.

Недостатком известного устройства является то, что выходной сигнал и подводимый к модулятору ток возбуждения имеют одну и ту же частоту. Поскольку часть энергии из цепи возбуждения неминуемо проникает в сигнальную цепь модулятора, являясь внутренней помехой, это существенно ограничивает характеристики устройства, особенно при усилении очень малых токов и напряжений. Отфильтровать эту помеху невозможно, поскольку она имеет частоту выходного сигнала.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение смещения и дрейфа нуля модулятора (и в целом МДМ-усилителя) по сравнению с прототипом.

Указанный недостаток прототипа устраняется тем, что в предлагаемом изобретении частота возбуждения модулятора и частота модулированного сигнала разделены (различны): модуляция сигнала осуществляется на удвоенной частоте относительно частоты возбуждения, что создает возможность эффективно отфильтровать полезный сигнал от помехи основной частоты.

Модулирование на удвоенной частоте достигается тем, что в заявляемом устройстве использована комплементарная пара МОП-транзисторов (КМОП-пара), включенных по параллельной схеме и возбуждаемых попеременно импульсами тока длительностью π/2. По зависимому пункту 2 формулы изобретения отсекающим основную частоту элементом является RC-фильтр высоких частот,

Схема заявляемого устройства по п.2 показана на фиг.2,а.

На схеме изображены: 1 - входной RC-фильтр нижних частот; 2 - КМОП-пара транзисторов; 3 - i1(t) и i2(t) импульсы тока длительностью π/2; 4 - выходной фильтр RC-высоких частот; U0 и uвых(t)- входное и выходное напряжения соответственно.

На фиг.2,б показаны графики, поясняющие работу заявляемого устройства. Здесь изображены (сверху вниз): i1(t) и i2(t) - возбуждающие импульсы тока длительностью π/2 (α=π/4, скважность равна 4); uвых(t) - выходное напряжение модулятора. Угол α=π/4 задан начальными условиями настройки генератора возбуждения.

Заявляемое устройство по п.2 работает следующим образом. Благодаря использованию комплементарной пары МОП-транзисторов, включенных параллельно, открывающихся поочередно длительностью π/2, перед выходным RC-фильтром формируются прямоугольные импульсы напряжения, которые появляются дважды за период тока возбуждения основной частоты. Спектр этой последовательности содержит вторую и высшие четные гармоники. При заданной длительности импульсов наибольший вес имеет вторая гармоника, помеха первой гармоники отсекается RC-фильтром высоких частот.

Данное устройство предназначено для работы с высокоомным источником входного напряжения. Для уменьшения входных помех и повышения входного сопротивления в предлагаемом модуляторе используется RC-фильтр нижних частот.

Для работы с низкоомными источниками входного напряжения предлагается разновидность (вариант, модификация) заявляемого устройства по п.3. Целью данной модификации предлагаемого изобретения является повышение чувствительности и отношения сигнал/шум на выходе модулятора и уменьшение его входного сопротивления при работе с низкоомными источниками входного напряжения.

Эта цель достигается тем, что в разновидности заявляемого устройства использована комплементарная пара МОП-транзисторов (КМОП-пара), включенных по параллельной схеме и возбуждаемых по очереди импульсами тока длительностью π/2. По зависимому пункту 3 формулы изобретения фильтрующим элементом служит трансформатор, две идентичные первичные обмотки которого соединены с транзисторами, а вторичная обмотка настроена в резонанс на удвоенную частоту, при этом на входе модулятора установлен LC-фильтр нижних частот.

Схема разновидности заявляемого устройства по п.3 показана на фиг.3,а.

На схеме изображены: 1 - входной LC-фильтр нижних частот; 2 - КМОП-пара транзисторов; 3 - i1(t) и i2(t) импульсы тока длительностью π/2; 4 - трансформатор, вторичная обмотка которого настроена в резонанс на удвоенную частоту; U0 и uвых.2(t)=Um2sin(2ωt+φ2) - входное и выходное напряжения модулятора соответственно.

На фиг.3,б показаны графики, поясняющие работу разновидности заявляемого устройства. Здесь изображены (сверху вниз): i1(t) и i2(t) - возбуждающие импульсы тока длительностью π/2; u0(t) - импульсы модулированного напряжения в случае, когда вторичная обмотка не настроена в резонанс; uвых.2(t)=Um2sin(2ωt+φ2) - выходное напряжение модулятора при настройке вторичной обмотки трансформатора в резонанс на удвоенную частоту (показано пунктиром).

Разновидность заявляемого устройства работает следующим образом. Срабатывающие поочередно КМОП-транзисторы образуют две параллельные линии коммутации входного сигнала, подключенные к соответствующим первичным обмоткам согласующего трансформатора. В результате во вторичной обмотке трансформатора (когда она не настроена в резонанс на удвоенную частоту) наводятся прямоугольные импульсы напряжения. Площадь этих импульсов значительно больше площади импульсов выходного напряжения, показанных на фиг.2,б, благодаря чему повышается чувствительность заявляемой разновидности модулятора. Прямоугольные импульсы напряжения появляются дважды за период тока возбуждения основной частоты. Спектр этой последовательности содержит вторую и высшие четные гармоники. При заданной длительности импульсов наибольший вес имеет вторая гармоника, которая и выделяется при настройке вторичной обмотки трансформатора в резонанс, что также повышает чувствительность модулятора.

Заявляемое устройство по схеме фиг.2,а может быть использовано в электрометрических устройствах. Заявляемое устройство по схеме фиг.3,а - в магнитометрических устройствах, в которых источником входного напряжения служит индукционная катушка. В обоих случаях эффект от осуществления модуляции на удвоенной частоте будет весьма значительным.

Оценим этот эффект количественно.

Как отмечалось выше, смещение и дрейф нуля известных модуляторов определяются уровнем помех, создаваемых генератором возбуждения. Наибольший вклад вносит помеха с основной частотой генератора, т.е. первая гармоника тока возбуждения. В заявляемом устройстве - модуляторе с выходом на удвоенной частоте - помеха с основной частотой легко отфильтровывается, благодаря чему и достигается эффект уменьшения смещения и дрейфа нуля.

Однако из-за несовершенства реальных генераторов возбуждения в токе возбуждения обычно присутствует и составляющая удвоенной частоты. Оценим ее уровень в 1-2% от уровня тока основной частоты (в действительности в двухтактных балансируемых генераторах этот уровень значительно ниже). Эта составляющая (с частотой 2ω) не сможет быть отфильтрована и неминуемо будет проникать в выходной сигнал и вызывать смещение и дрейф нуля модулятора, подобно тому как в известных устройствах в выходной сигнал проникает составляющая основной частоты. Тогда при прочих равных условиях смещение и дрейф нуля предлагаемого устройства будут по крайней мере в 50-100 раз меньше чем в известных модуляторах. Иными словами, получаем выигрыш в уменьшении смещения и дрейфа нуля не в разы, а на 1-2 порядка.

Поэтому внедрение предлагаемого устройства позволяет заявить о реальной возможности освоения не только микровольтового, но и нано-, и пиковольтового диапазонов усиливаемых токов и напряжений.

Литература

1. Калинчук Б.А., Пичугин О.А. Модуляторы малых сигналов. - Л.: Энергия. Ленинградское отделение, 1980. - 200 с.

2. Лондаренко О.П., Сильчев А.Ю., Цыбуленко Н.И. Высокочувствительный операционный усилитель типа модулятор-демодулятор. - Полупроводниковая электроника в технике связи, 1982, вып.22, с.75-78.

3. Полонников Д.Е. Операционные усилители: принцип построения, теория, схемотехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 216 с.

1. Модулятор, содержащий два МОП-транзистора, включенных в цепь входного сигнала и возбуждаемых (управляемых) знакопеременными прямоугольными импульсами тока от генератора возбуждения, отличающийся тем, что входной сигнал модулируется на удвоенной частоте относительно частоты генератора возбуждения, что достигается использованием комплементарной пары МОП-транзисторов (КМОП-пары), включенных параллельно и возбуждаемых попеременно импульсами тока длительностью π/2, и отсечением основной частоты устройства на выходе модулятора.

2. Модулятор по п.1, отличающийся тем, что, отсекающим основную гармонику устройством служит RC-фильтр высоких частот, а на входе модулятора расположен RC-фильтр нижних частот.

3. Модулятор по п.1, отличающийся тем, что отсекающим основную гармонику устройством служит трансформатор, две идентичные первичные обмотки которого соединены по цепи сигнала с соответствующими транзисторами, вторичная обмотка настроена в резонанс на удвоенную частоту, а на входе модулятора расположен LC-фильтр нижних частот.



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к области радиосвязи и радиолокации и могут быть использованы для амплитудной, фазовой и амплитудно-фазовой модуляции или манипуляции высокочастотных сигналов.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности - к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве управляемого аттенюатора систем защиты передатчиков теле- и радиовещания от перегрузок по входу и от рассогласования по выходу.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения. .

Изобретение относится к имитаторам видео- и радиоимпульсов и может быть использовано в радиотехнических тренажерах. .

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к технике СВЧ. .

Изобретение относится к радиопередающей технике и может быть использовано для формирования высокочастотных сигналов с дискретной амплитудной модуляцией. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для формирования амплитудно-модулированных сигналов, используемых в радиоизмерительной технике. .

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ), применяемых на линиях многоканальной цифровой связи, а также может быть использовано в области цифрового радиовещания и цифрового телевидения. Достигаемый технический результат - снижение пиковых напряжений сигнальных векторов формируемых сигналов КАМ-16 без увеличения значения пик-фактора. Устройство формирования сигналов квадратурной амплитудной манипуляции содержит задающий генератор, три фазовращателя, шесть коммутаторов напряжения, четыре делителя напряжения, элемент «ИЛИ-НЕ» и сумматор. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к областям радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Техническим результатом является повышение диапазона генерируемых колебаний в заданном диапазоне изменения амплитуды управляющего сигнала. Предложен способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Способ основан на преобразовании энергии источника постоянного напряжения в энергию высокочастотного сигнала, взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из каскадно-соединенных трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, изменении частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала. Нагрузку выполняют в виде первого двухполюсника с комплексным сопротивлением, в качестве цепи внешней обратной связи используют произвольный комплексный четырехполюсник, подключенный к цепи прямой передачи по параллельно-последовательной схеме. Цепь прямой передачи и цепь обратной связи как единый узел каскадно включают между введенным вторым двухполюсником с комплексным сопротивлением, имитирующим сопротивление источника сигнала генератора и частотного модулятора в режиме усиления, и нагрузкой. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к областям радиосвязи и может быть использовано для создания устройств генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Техническим результатом является повышение диапазона генерируемых колебаний в заданном диапазоне изменения амплитуды управляющего сигнала. Предложен способ генерации и частотной модуляции высокочастотных сигналов. Способ основан на взаимодействии высокочастотного сигнала с цепью прямой передачи, выполненной из трехполюсного нелинейного элемента и четырехполюсника, нагрузкой и цепью внешней обратной связи, выполнении условий возбуждения в виде баланса амплитуд и баланса фаз, определяющих соответственно амплитуду и частоту генерируемых высокочастотных сигналов, условий согласования цепи прямой передачи с нагрузкой и условий согласования нагрузки с управляющим электродом трехполюсного нелинейного элемента, изменении частоты генерируемого сигнала по закону изменения амплитуды низкочастотного управляющего сигнала, отличающийся тем, что цепь прямой передачи выполняют из каскадно-соединенных комплексного четырехполюсника и трехполюсного нелинейного элемента. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи и радиолокации. Технический результат изобретения заключается в обеспечении модуляции амплитуды и фазы высокочастотного сигнала при заданных зависимостях отношения модулей и разности фаз передаточной функции модулятора в двух состояниях управляемого нелинейного элемента, определяемых двумя уровнями управляющего низкочастотного сигнала. Способ амплитудно-фазовой модуляции высокочастотного сигнала характеризуется тем, что высокочастотный сигнал подают на модулятор, выполненный из четырехполюсника, управляемого двухэлектродного нелинейного элемента, источника управляющего низкочастотного сигнала и нагрузки, амплитуду и фазу высокочастотного сигнала изменяют путем изменения амплитуды управляющего низкочастотного сигнала на нелинейном элементе, при этом заданные зависимости отношения модулей и разности фаз передаточной функции модулятора и заданные зависимости модуля и фазы передаточной функции модулятора от амплитуды управляющего низкочастотного сигнала обеспечивают за счет выбора зависимости элемента матрицы сопротивлений комплексного четырехполюсника от частоты с помощью заданных математических выражений. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области обработки, хранения и передачи команд телекодового управления в комплексах оконечной связи. Технический результат - повышение надежности, достоверности и информационной безопасности команд телекодового управления. Способ содержит: на передающей стороне выделяют постоянную и переменную части команды телекодового управления, в массив сжатой информации помещают код индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления, переменную часть команды телекодового управления нормируют и также помещают в массив сжатой информации, выполняют статистическое кодирование массива сжатой информации. При восстановлении исходных данных на приемной стороне после статистического декодирования принятой информации по коду индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления находят постоянную часть команды телекодового управления и записывают ее в массив восстановленной информации, затем для переменной части команды телекодового управления выполняют операцию, обратную ее нормализации, проверяют допустимый диапазон значений переменной части команды телекодового управления и при выполнении этой проверки помещают переменную часть команды в массив восстановленной информации. При отсутствии кода индекса постоянной части команды телекодового управления в базе данных команд телекодового управления или при невыполнении проверки допустимого диапазона значений переменной части команды телекодового управления в массив восстановленной информации записывают признак стирания команды телекодового управления. 5 з.п. ф-лы.
Наверх