Модуляция. Амплитудная модуляция.

Модуляцией колебаний называется медленное по сравнению с периодом колебаний изменение амплитуды, фазы или частоты колебаний по определенному закону.

Такое изменение осуществляется для того, чтобы с помощью несущего колебания передавать информацию. Несущие колебания характеризуются амплитудой, частотой или фазой. Соответственно различают три основных вида модуляции: амплитудную, частотную и фазовую.

При амплитудной модуляции косинусоидальным сигналом модулированное колебание e(t) имеет вид:

e(t)=Emo(1+mCOSt)COS_ot, (***)

где Emo- амплитуда несущего колебания.

Максимальное и минимальное значение амплитуды:

Em max=Emo(1+m),

Em min=Emo(1-m).

Коэффициент амплитудной модуляции есть отношение разности между максимальной и минимальной амплитудой к их сумме:

m=( Em max- Em min)/( Em max+ Em min).

Из выражения (***) видно, что для осуществления амплитудной модуляции необходимо перемножение несущего и модулирующего колебаний.

Это можно сделать как с помощью линейных, так и не линейных преобразований.

В этой схеме модуляция осуществляется подачей модулирующего колебания на базу.

Модуляция может осуществляться путем подачи модулирующего колебания на коллектор или эмиттер транзистора, но эти способы требуют больше мощности от источника модулирующего сигнала.

Импульсные способы передачи информации.

Современная автоматика широко использует напряжения и токи имеющие импульсный характер:

• многие производственные процессы имеют импульсный характер: пуск и остановка агрегатов, изменение скорости и торможение, сброс нагрузки, срабатывание защиты и т.д.

• большинство технологических процессов разбивается на ряд операций (тактов), и их чередование так же обуславливает импульсный характер работы устройств.

• передача информации в вид импульсов, разделенных паузами, позволяет уменьшать мощность, потребляемую от источника питания, при сохранении достаточной мощности импульса. Это особенно важно при использовании источников питания ограниченной мощности (батареи, аккумуляторы), например, на подвижных объектах.

• передача информации в виде импульсов позволяет значительно разгрузить каналы связи. Так, например, информацию о температуре сталеплавильной печи нет необходимости передавать непрерывно, т.к. температура меняется сравнительно медленно.

• передача информации в импульсной форме позволяет значительно повысить помехоустойчивость, точность и надежность электронных устройств. При подаче непрерывных сигналов точность снижается из- за существования дрейфа нуля усилителей.

Существует много способов передачи непрерывного сигнала импульсными методами.

При осуществлении амплитудно- импульсной модуляции (АИМ) амплитуда импульсов пропорциональна входному сигналу. При таком способе передачи информации вредное влияние дрейфа нуля усилителей сохраняется.

При использовании широтно- импульсной модуляции (ШИМ) амплитуда и частота повторения импульсов постоянны, но ширина импульса tи пропорциональна текущему значению входного сигнала.

При частотно- импульсной модуляции (ЧИМ) входной сигнал определяет частоту следования импульсов, которые имеют постоянную длительность и амплитуду.

При ШИМ и ЧИМ дрейф нуля усилителей не влияет на точность передачи входного сигнала, которая в данном случае зависит только от точности фиксации временного положения импульсов.

Наибольшую точность и помехоустойчивость обеспечивают число- импульсные методы: информация передается в виде числа, которому соответствует определенный набор импульсов (код), при этом существенно только наличие или отсутствие импульса.

Импульсы прямоугольной формы наиболее часто применяются в электронной технике.

Вообще, импульс- это кратковременное отклонение напряжения или тока от некоторого исходного уровня, называемого основанием импульса.

Исходный уровень основания может иметь разные значения- нулевое, положительное или отрицательное. Длительность паузы (время между смежными импульсами) должно быть достаточным для возврата электрической цепи, находящейся под импульсным воздействием, в исходное состояние, при котором цепь находилась непосредственно перед началом очередного импульсного воздействия.

Импульс имеет следующие характерные параметры:

• форма,

• амплитуда Uмах или Iмах,

• полярность,

• полная Ти и активная Тиа длительности импульсов,

• длительность фронта tф и среза tс,

• период следования Т или частота повторения f.

Дополнительными параметрами являются:

• крутизна фронта или среза,

• скважность импульса.

Активная длительность импульса Тиа соответствует интервалу времени на уровне половины амплитуды сигнала.

Крутизна фронта представляет собой отношение Sф=Uмах/tф, а крутизна среза Sс=Uмах/tс.

Скважность импульса  представляет собой отношение периода Т к длительности импульса tи, т.о.  всегда больше 1.

Частота повторения импульсов является величиной, обратной периоду f=1/Т.

По форме импульсы бывают прямоугольными, треугольными, трапецеидальными, зкспоненциальными и т.д. В автоматике наибольшее распространение получили прямоугольные импульсы. Прямоугольный импульс определяют как импульс с бесконечно большой крутизной, состоящий из двух перепадов: положительного и отрицательного.

По полярности различают импульсы положительные, отрицательные и двухсторонние. В ряде случаев полярность импульсов условна, что зависит от уровня их основания.