Схема кольцевого модулятора: Как работает кольцевой балансный модулятор — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Как работает кольцевой балансный модулятор

Р, 1955, №6

Часто применяющийся в аппаратуре дальней связи кольцевой балансный модулятор, схема которого приведена на рис. 1, в настоящее время начинает использоваться радиолюбителями-коротковолновиками для преобразования частот в диапазонных возбудителях с кварцевой стабилизацией (см. статью Л. Лабутина «Диапазонный возбудитель с кварцевой стабилизацией» в «Радио» № 5 за 1955 год). Это объясняется тем, что такой модулятор даёт на выходе наименьшее по сравнению с другими типами преобразователей количество вредных дополнительных комбинационных частот.

Рис. 1. Принципиальная схема кольцевого балансного модулятора

Для того чтобы понять, как работает кольцевой балансный модулятор, разберёмся сначала в том, что происходит в цепи, состоящей из генератора переменного напряжения, диода и батареи с переключателем П1, позволяющим изменять направление её включения (рис. 2, а).

Рис. 2. а — принципиальная схема, поясняющая принцип действия кольцевого балансного модулятора; б — графическое изображение тока в цепи в зависимости от направления включения батареи.

Известно, что ток через диод может протекать только в одном направлении. Это направление называют прямым. Если напряжение батареи выбрать больше амплитуды напряжения генератора, то, когда переключатель П1 будет находиться в положении 1, в цепи потечёт пульсирующий ток, а при положении 2 переключателя П1 тока в цепи не будет (рис. 2, б). При включении в такую цепь первичной обмотки трансформатора Тр1 в его вторичной обмотке будет наводиться напряжение, пропорциональное напряжению генератора, только тогда, когда переключатель П1 установлен в положение 1. Меняя полярность включения батареи, мы изменяем сопротивление диода от некоторой малой величины Ri, зависящей от свойств диода (переключатель находится в положении 1, диод открыт), до очень большой величины (переключатель П1 установлен в положение 2, диод закрыт). В кольцевом балансном модуляторе одно из двух преобразуемых напряжений, имеющее частоту f₁ подаётся на обмотку I трансформатора Тр1. Второе напряжение, имеющее частоту f₂, подаётся на средние точки обмоток II трансформаторов Tp1 и Тр2 и служит для изменения сопротивления диодов. Его частота f₂ должна быть больше частоты f₁ На рис. 3, а и б показаны эквивалентные схемы кольцевого балансного модулятора для двух полупериодов напряжения с частотой f₂. На схеме сплошными стрелками обозначено направление тока с частотой f₂, а пунктирными — с частотой f₁. Ток с частотой f₂ не может создать напряжения в обмотке I трансформатора Тр2, так, как он протекает в половинах катушки II в разные стороны. Создать напряжение в обмотке I трансформатоpa Tp2 может ток, протекающий по обмотке II в одном направлении. Величина этого тока пропорциональна мгновенному значению напряжения с частотой f₁, а направление изменяется через каждый полупериод частоты f₂. На рис. 4 показаны напряжения Uf₁, Uf₂ и U_Rн в случае, когда частота f₂ в десять раз больше частоты f₁.

Рис. 3. Эквивалентные схемы кольцевого балансного модулятора для двух полупериодов несущей частоты

Известно, что всякую периодически изменяющуюся во времени величину, в частности и напряжение U_Rн, можно разложить на сумму величин, изменяющихся во времени по синусоидальному закону. Для того чтобы определить амплитуды и частоты синусоидальных напряжений, из которых состоит выходное напряжение U_Rн, нужно познакомиться с векторным изображением периодически изменяющихся во времени величин.

Рис. 4. Зависимость от времени преобразуемых и выходного напряжений кольцевого балансного модулятора.

Представим себе неподвижный вектор ОА, вокруг начала которого (точка О) в плоскости рис. 5, а вращается с постоянной угловой скоростью ω=2πf рад/сек прямая. Точка О делит эту прямую на положительную и отрицательную полупрямые. Величина проекции вектора ОА на эту прямую Оа будет изменяться во времени по синусоидальному закону. Проекция какого-либо другого вектора на эту же ось будет изображаться синусоидой, сдвинутой по фазе по отношению к первой. Амплитуда этой синусоиды будет равна абсолютной величине этого вектора, а сдвиг фазы в угловой мере будет соответствовать углу между векторами. Таким образом, любой изменяющейся во времени по синусоидальному закону с частотой f величине будет соответствовать неподвижный вектор, имеющий определённую величину и положение в плоскости рис. 5, а. На рис. 5, а показаны два сдвинутые на 180° вектора, имеющие одинаковую величину. Соответствующие им синусоиды показаны на рис. 5, б. На рис. 5, в показана зависимость амплитуды колебаний, или, что то же самое, величины этих векторов от времени. Таким образом, вектор OA изображает в плоскости рис. 5, а синусоидальное напряжение и с частотой f, поэтому его можно назвать «вектором величины u». Если синусоидальное напряжение модулировано по амплитуде, то величина изображающего его вектора изменяется во времени. На рис. 6 показаны модулированное напряжение и зависимость соответствующего ему изображающего вектора от времени, причём частота f₂ (несущая) выбрана в десять раз больше частоты модулирующего напряжения f₁, т. е. соотношение между ними такое же, как и для рис. 4. Вектор, изменяющийся во времени, можно получить, складывая вектор постоянной величины с вектором, величина и направление которого меняются (рис. 7, а). Нетрудно видеть, что период изменения его величины должен быть равен периоду модулирующей частоты f₁. В свою очередь и этот вектор можно получить, складывая два равномерно вращающихся в разные стороны вектора.

Рис. 5. Векторное изображение синусоидальных напряжений

Расположение вращающихся векторов в зависимости от времени показано на рис. 7, б. Как видно из рис. 7, а и б, за время одного периода модулирующей частоты f₁ эти векторы сделают один оборот. Следовательно, вектор, поворачивающийся против часовой стрелки, будет иметь по отношению к вращающейся по часовой стрелке с угловой скоростью ω=2πf₂ рад/сек прямой, угловую скорость, равную сумме их скоростей, т. е. напряжение, соответствующее этому вращающемуся вектору, будет иметь частоту, равную сумме частот несущего и модулирующего напряжений.

Рис. 6. Модулированное напряжение и зависимость изображающего его вектора от времени

Рассуждая таким же образом, легко увидеть, что частота напряжения, соответствующего вектору, вращающемуся по часовой стрелке, будет равна разности несущей и модулирующей частот.

Рис. 7. Временное и векторное изображения напряжений боковых частот модулированного колебания

Таким образом, напряжение, показанное на рис. 7, в, соответствующее вектору рис. 7, а, является суммой двух синусоидальных напряжений с частотами f₂+f₁ и f₂-f₁. Это напряжение очень похоже на выходное напряжение кольцевого балансного модулятора U_Rн (рис. 4). Некоторое различие в формах этих напряжений объясняется тем, что на выходе кольцевого балансного модулятора, кроме суммарной и разностной частот преобразуемых колебаний, имеются ещё напряжения с частотами n * f₁+-f₂, где n может принимать значения 3, 5, 7 и т. д. Однако эти напряжения легко могут быть отфильтрованы.

Желающие более подробно познакомиться с анализом работы кольцевого балансного модулятора могут найти интересующие их сведения в книге Н. Баева и К. Егорова «Основы дальней связи» (Связьиздат, 1948 г.).

С. Ершов

BACK

Схема — кольцевой модулятор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Схема кольцевого модулятора ограничивает напряжение на нуль-индикаторе, которое не может быть больше двойного падения напряжения на диодах. [1]

Диодный двухполу пер иод — схему модулятора, как была рассмот-ный ( кольцевой модулятор рена выше. Диоды ДЗ и Д4 в это вре. [2]

Схема кольцевого модулятора также применяется для преобразования сравнительно больших сигналов порядка единиц или десятых долей вольта. При этом требуется тщательный подбор диодов, в особенности, если температура их во время работы может изменяться. [3]

Мостовая схема балансного модулятора.| Схема балансного модулятора на двух диодах. [4]

Схема кольцевого модулятора

, как показывает рис. 13.13, б, представляет собой разновидность мостовой схемы. Для нормальной работы требуется баланс моста. [5]

Изменение выходного напряжения у балансного модулятора. [6]

В схеме кольцевого модулятора выходное напряжение изменяется по кривой и 2, как это показано пунктиром на рис. 10 — 10, дополняя недостающие полупериоды первоначального изменения напряжения и2 в схеме балансного модулятора. [7]

В схеме диодного кольцевого модулятора используют четыре полупроводниковых диода, включенных последовательно в кольцо. Напряжение нагрузки модулятора имеет прямоугольную форму. [8]

Таким образом, схема кольцевого модулятора ( см. рис. 8.16) является схемой сравнения двух величин по фазе. Преимуществом схемы кольцевого модулятора является отсутствие сложных полупроводниковых элементов ( элементов Холла, триодов), если нуль-индикатор не включает этих элементов. Недостатками являются нерегулируемый диапазон углов срабатывания, а также требование к равенству сопротивлений диодов в кольцевом модуляторе. При необходимости ослабить значение последнего требования последовательно с диодами включаются значительные балластные сопротивления. При этом, однако, схема теряет свойство ограничения напряжения на нуль-индикаторе.

[9]

На рис. 2.31 показана схема кольцевого модулятора ( без фильтра), который по принципу Действия можно отнести к группе коммутационных модуляторов. Выпрямительные элементы 1, 2, 3, 4 могут быть как вакуумными, так и полупроводниковыми диодами. [10]

Переключатель с коль — цевой схемой.| Выключатель с двухполупериодным выпрямителем. [11]

На рис. 6 — 30 показана схема кольцевого модулятора с диодами Л, Д2, Дз и Ль, которые в зависимости от полярности управляющего напряжения коммутируют соединение между источником сигналов и потребителем. [12]

Схема балансного модулятора на пентодах. [14]

В этом случае элементы балансного модулятора Тр2 и Тр3 в отличие от элементов модулятора, представленного на рис. 11.11, выполняются на ферритах или на сердечниках из трансформаторного железа. На рис. 11.12 а показана схема кольцевого модулятора, в котором используется сравнительно низкая несущая частота со, и поэтому трансформаторы выполнены с железным сердечником. [15]

Страницы: 1

111 Двойной кольцевой модулятор — M.

E.M.S. Проект

ДВУХКОЛЬЦЕВОЙ МОДУЛЯТОР МОДЕЛЬ 111

Модель Buchla Associates, фото предоставлено Switched On

Двойной кольцевой модулятор модели 111 представляет собой интерпретацию Buchla классической схемы модуляции, прославленной многими экспериментальными музыкантами и звукорежиссерами 50-х и 60-х годов. Модульная система не была бы полной без него, и эффект соответствует предпочитаемым Доном методам искажения формы волны вместо подхода Восточного побережья к окраске звука с помощью фильтров.

Существует две версии кольцевого модулятора, и обе схемы сильно отличаются друг от друга.

НЕСУЩАЯ СИСТЕМА И МОДУЛЯТОР

Прежде чем мы перейдем к различиям между двумя кольцевыми модуляторами Buchla, важно поговорить о кольцевой модуляции и рассмотреть некоторые основы. Как и многие эффекты модуляции в мире синтеза, кольцевая модуляция берет свое начало в радио и телефонии, именно благодаря практике экспериментов она была принята композиторами.

Кольцевой модулятор был изобретен в 1930-х годах как средство передачи нескольких аудиосигналов по одному общему соединению с использованием метода, называемого мультиплексированием с частотным разделением. Множество сигналов будет распределяться по нескольким диапазонам с использованием гетеродина в качестве несущей, а затем частота модулирующего сигнала (или полезный сигнал) будет отфильтровываться на другом конце модулятором. Одно только это изобретение сократило количество проводов и кабелей, соединяющих мир воедино, позволив мультиплексированию выполнять всю тяжелую работу на больших расстояниях.

Следующее изображение первого запатентованного кольцевого модулятора принадлежит Фрэнку А. Коуэну, который улучшил предыдущую конструкцию, чтобы использовать гораздо меньшее количество деталей. Это пример классического модулятора «диод-кольцо».

Первый запатентованный кольцевой модулятор от Фрэнка Коуэна.

Сокращенная версия того, как кольцевой модулятор будет использовать диоды для умножения двух сигналов.

КОЛЬЦЕВАЯ МОДУЛЯЦИЯ ДИОДОВ

Название «Кольцевой модулятор» имеет очень буквальную этимологию. Вместо того, чтобы описывать звон или металлические звуки источников звука с кольцевой модуляцией, это название является намеком на фактическую конструкцию электронной схемы. В первых кольцевых схемах использовалась серия из четырех диодов, расположенных в форме «кольца».

«Несущая» форма волны, которая вводится в модуль, умножается «модулятором» для вывода как суммы, так и разности двух форм волны. Для этого диоды устроены так, чтобы проводить их двумя отдельными парами и с чередованием полярностей, когда звуковой сигнал становится положительным или отрицательным. В этом примере A является несущей, а B является модулятором. Две частоты перемножаются (C), и результирующий выходной сигнал (D) представляет собой сумму И разность двух сигналов.

Самым ранним примером инструмента, использующего кольцевой модулятор, является мелохорд, представленный Харальдом Боде в 1947 году. Это будет не последний раз, когда Боде катался на переднем крае электронного дизайна, а позже разработал такие новаторские модули, как его частотный сдвиг. .

Поскольку Боде был очень активен в начале 60-х годов (особенно в качестве председателя съезда AES), многие дизайнеры заимствовали его проекты или участвовали в их разработке. Кольцевой модулятор Боде был принят Робертом Мугом и имеет некоторое сходство в архитектуре с дизайном первого музыкального центра Дона в Сан-Франциско.

Боде и мелохорд

ТРАНЗИСТОРНЫЕ УМНОЖИТЕЛИ

Кольцевая модуляция развивалась с годами, чтобы исключить громоздкие трансформаторы и улучшить подавление несущей, что уменьшает количество несущего сигнала, просачивающегося на выход.

В 1968 году Барри Гилберт (инженер Tektronix) придумал четырехквадрантный умножитель, использующий дифференциальные усилители (позже названные ячейками Гилберта), которые легко умножали биполярные сигналы с высокой точностью без необходимости использования диодных колец. Это называется четырехквадрантным множителем Гилберта. Что косвенно приводит нас к модели 111, которую мы все знаем и любим.

Четырехквадрантный множитель Гилберта и часть CBS 111

ИСТОРИЯ О ДВУХ КОЛЬЦЕВЫХ МОДУЛЯТОРАХ

До начала проекта мы, как и многие, исходили из предположения, что 111 — это 111, и что версия CBS является стандартным модулем Buchla. Но, конечно же, в истинном стиле МЭМС, нам пришлось копать вглубь.

Более подробная информация о Центре магнитофонной музыки Сан-Франциско 111 и CBS 111Aa. Паяные соединения здесь настолько совершенны, что вы можете увидеть отражение Лона в припое, когда он помогал документировать систему Stearns.

Существуют ранние версии San Francisco Tape Music Center 111, в которых на самом деле использовались преимущества панели и четыре ручки управления. Они были помечены NULL ADJUSTMENTS. Регулировка нуля на самом деле является тем, что вы бы назвали триммером «управление несущей». Эта ручка обрезает любой оставшийся сухой сигнал несущей, который может просачиваться в суммарные или дифференциальные выходы. Это было сделано регулируемым, потому что у 111 нет внутреннего несущего генератора, поэтому разные входы могли вызвать искажение в зависимости от уровня сигнала или частотного спектра.

На первых платах 111 были места для этих потенциометров. Со временем Дон, казалось, отказался от идеи использования ручек Null Adjustment и оставил эти отверстия пустыми. Возможно, настройка была слишком узкой или приводила к нежелательным эффектам на определенных сигналах.

Независимо от элементов управления, здесь очень важно понимать, что San Francisco Tape Music Center 111 представляет собой кольцевой диодный модулятор, а версия CBS 111A представляет собой кольцевой модулятор с транзисторным множителем. Хотя это является улучшением конструкции, версия с диодным кольцом звучит намного грубее и отчетливее, с дополнительным преимуществом нулевых триммеров для настройки.

111 РЕКОНСТРУКЦИЯ

К настоящему моменту компания MEMS построила довольно много плат кольцевых модуляторов, так как модули сдвига частоты также требуют добавления этой платы к большому набору стоек. Настройка и регулировка триммеров становится рутиной. Тем не менее, Сан-Франциско Tape Music Center 111 было приятно построить, без каких-либо корректировок.

Изменения Дона в дизайне ячейки Гилберта можно было объяснить по-разному (более чем вероятно, что редизайн был сосредоточен вокруг 185), но наиболее важным объяснением может быть просто то, что он был настолько передовым, что ухватился за идею Гилберта, как она есть. довольно революционный в 1968.

Кольцевой модулятор для поколения с двухполосным подавлением несущей

Кольцевой диодный модулятор

На рис.1 показана принципиальная схема кольцевого диодного модулятора.

Рис. 1. Кольцевой модулятор

Он состоит из четырех диодов, преобразователя звуковой частоты T ₁ и ВЧ-преобразователя T ₂ .

Предполагается, что несущий сигнал представляет собой прямоугольную волну с частотой f _c и подключается между центральными ответвлениями двух трансформаторов.

Выход DSB-SC получается на вторичной обмотке ВЧ-трансформатора T ₂ .

Рабочая операция

Работа кольцевого модулятора объясняется в предположении, что диоды действуют как идеальные переключатели и что они включаются и выключаются с помощью несущего радиочастотного сигнала. Это связано с тем, что амплитуда и частота несущей выше, чем у модулирующего сигнала.

Работа может быть разделена на различные режимы без модулирующего сигнала и с модулирующим сигналом следующим образом:

Режим 1: Подавление несущей

Чтобы понять, как происходит подавление несущей, предположим, что модулирующий сигнал отсутствует и только подается несущий сигнал.

Отсюда x(t) = 0

(i) Работа в положительном полупериоде несущей

Эквивалентная схема для этого режима работы показана на рис.2. 9Рис. 2. Эквивалентная схема в режиме 1 (i) 4 имеют обратное смещение.

Мы можем заметить, что направления токов, протекающих через первичные обмотки выходного трансформатора T ₂, равны и противоположны друг другу.

Таким образом, магнитные поля, создаваемые этими токами, равны и противоположны друг другу и компенсируют друг друга.

Следовательно, наведенное напряжение во вторичной обмотке равно нулю. Таким образом, носитель поддерживается в положительном полупериоде.

(ii) Работа в отрицательном полупериоде несущей

В этом режиме также допустим, что модулирующий сигнал равен нулю.

В отрицательном полупериоде несущей диоды D ₃ и D ₄ смещены в прямом направлении, а диоды D ₁ и D ₂ смещены в обратном направлении.

Рис. 3 : Эквивалентная схема в режиме 1 (ii)

На рис. 3 токи, протекающие в верхней и нижней половинах первичной обмотки Т ₂, снова равны и противоположны. Это аннулирует магнитные поля, как описано в режиме 1 (i).

Таким образом, выходное напряжение в этом режиме также равно нулю.

Таким образом, несущая подавляется и в отрицательном полупериоде.

Важно отметить, что полная компенсация несущей будет иметь место тогда и только тогда, когда характеристики диодов идеально согласованы, а центральный отвод расположен точно в центре первичного трансформатора Т ₂ .

Режим 2: Работа при наличии модулирующего сигнала

Теперь давайте обсудим работу, когда одновременно применяются РЧ-несущая и модулирующий сигнал.

(i) Работа в положительном полупериоде модулирующего сигнала

Поскольку мы подаем низкочастотный модулирующий сигнал через входной звуковой преобразователь T ₁ , существует много циклов несущего сигнала в положительном полупериоде модулирующий сигнал.

В положительном полупериоде несущей D ₁ и D ₂ включены, а вторичный элемент T ₁ применяется так же, как и первичный элемент T ₂ . Следовательно, во время положительного полупериода несущей выход T ₂ положителен, как показано на рис. 4 (a).

Рис. 4 (a)

В отрицательном полупериоде несущей диоды D ₃ и D ₄ включены, а вторичная обмотка T ₁ подключена в обратном порядке первичный Т ₂, как показано на эквивалентной схеме рис. (б) .

Таким образом, первичное напряжение T ₂ отрицательное, и выходное напряжение также становится отрицательным.

(ii) Работа в отрицательном полупериоде модулирующего сигнала

Когда модулирующий сигнал меняет полярность, работа схемы такая же, как и в положительном полупериоде, рассмотренном ранее.

Рис. 4 (б)

Единственное отличие состоит в том, что диодная пара D ₃ D ₄ создаст положительное выходное напряжение, тогда как D ₁ D2 создаст отрицательное выходное напряжение, как показано на осциллограммах на рис.