Модулятор как работает: Fm-трансмиттер — Википедия – как выбрать лучший, как настроить, принципы работы — Рамблер/новости

Для чего нужен модулятор

У вас в машине установлен обычный FM-радиоприёмник, но иногда хочется послушать записи с флеш-карты? Для этого вовсе не обязательно покупать дорогую аудио систему, вполне достаточно будет установить небольшой прибор, называемый FM-трансмиттером. Давайте разберёмся, что такое FM-трансмиттер и какие функции он выполняет.

Что такое FM-трансмиттер

Как может выглядеть FM-трансмиттер.

Небольшой по размерам гаджет, который носит название FM-модулятора или FM-трансмиттера, необходим, чтобы быть связующим звеном между обычной флешкой с USB-разъёмом и FM-радиоприёмником. Обычно устройство используется в машинах, возраст которых перевалил за 10-15 лет, укомплектованные магнитолами старого образца. С подключением FM-трансмиттера появляется возможность воспроизводить с помощью магнитолы музыкальные композиции, записанные на USB-флешке и других цифровых носителях.

В современных FM-модуляторах предусмотрена возможность сопряжения с телефоном, ноутбуком для считывания аудиофайлов из их памяти без переноса на флеш-карту. Это устройство чрезвычайно облегчает жизнь владельцам старых машин и позволяет обходиться без замены автомагнитолы на новое цифровое аудиоустройство.

Как работает FM-трансмиттер?

Как выглядит подключенный FM-трансмиттер в машине

Типовой FM-трансмиттер оснащён разъёмом для автомобильного прикуривателя, от которого получает электропитание. Практически все модели оборудованы небольшим дисплеем, на котором отражается рабочая частота и другие параметры. В комплекте к некоторым моделям прилагается пульт ДУ, который позволяет управлять трансмиттером с заднего сиденья.

У всех современных устройств присутствует USB-разъём для подключения флеш-накопителя, и слот для микро-SD карты. Модуляторы, способные коммутироваться с телефоном или ноутбуком, делают это через стандартный шнур с аудиоразъёмом либо через bluetooth. Ещё один вариант подключения – при помощи соответствующих приложений для телефонов, которые можно скачать в магазине приложений.

Основным узлом FM-трансмиттер является электронный блок, считывающий информацию в цифровом формате и трансформирующий ее в аналоговый радиосигнал выбранной частоты. Считывание происходит непосредственно с подключенного носителя, либо вначале информация переписывается на внутреннюю память устройства, и уже оттуда поступают на модуляцию.

В зависимости от конструкции, сигнал поступает либо на маломощный радиопередатчик, транслирующий его на антенну FM-магнитолы, либо на проводной модулятор, передающий его на воспроизведение магнитолой по проводу. Длина несущей частоты должна быть отличной от частотных диапазонов радиостанций, иначе наложение принимаемых FM-приёмником сигналов будет ухудшать качество воспроизведения звука, а то и вообще сделает прослушивание музыки невозможным.

Как выбрать FM-трансмиттер

Выбирая трансмиттер, легко запутаться в разнообразии моделей и функций, поэтому необходимо предварительно хотя бы немного ознакомиться с возможностями разных устройств. За основу классификации примем стоимостные сегменты, так как этот показатель практически всегда совпадает с функциональными возможностями FM-модуляторов.

Недорогие бюджетные FM-трансмиттеры

Наиболее простые модели обеспечивают, как правило, лишь одну функцию – возможность проигрывания на автомагнитоле аудиозаписей с USB-накопителя с небольшой ёмкостью памяти. Они оснащены минимумом управляющих кнопок и маленьким чёрно-белым дисплеем. Полноценное сканирование плейлиста чаще всего невозможно, проигрывание осуществляется в порядке записи в корневом каталоге. Собственной памятью такие устройства не обладают, качество воспроизведения среднее.

FM-трансмиттеры среднего ценового сегмента

Устройства обладают небольшой собственной памятью и цветным дисплеем, на котором могут отображаться фотографии либо другие графические изображения. Благодаря наличию памяти скорость обработки информации увеличена по сравнению с простейшими моделями, поэтому функционал позволяет формировать собственные плейлисты и обрабатывать файлы в нескольких разных форматах. Как правило, такие FM-модуляторы могут коммутировать со смартфонами и другими медиапроигрывателями с собственной памятью, для чего в комплекте предусмотрен шнур с аудиоразъёмом. Кроме того, в конструкции обычно предусмотрен слот для микро-SD карт памяти.

FM-трансмиттеры с bluetooth

Отсутствие шнура для подключения к смартфону обеспечивает удобство использования FM-трансмиттером. Помимо воспроизведения аудио, они служат для поддержания громкой связи, позволяющей разговаривать по телефону, не прерывая движение по дороге. Предусмотрены и другие функции – воспроизведение видео, пульт ДУ и др.

На что обращать внимание при выборе?

В зависимости от того, как будет эксплуатироваться FM-трансмиттер, можно выделить три пользовательских режима:

• источник фонового звука – для тех, кто не слишком обращает внимание на проигрываемые мелодии, не любит самостоятельно формировать плейлисты, поэтому можно ограничиться самой простой и недорогой моделью;
• аудио+ bluetooth – оптимальный режим для тех, кто ежедневно много времени проводит в дороге, часто вынужден отвечать на звонки, нуждается в качественной и удобной громкой связи;
• максимум возможностей – вариант для тех, кто ценит качественное звучание либо испытывает потребность в воспроизведении видеофайлов.

Впрочем, технические возможности модуляторов постоянно возрастают, и не исключено, что новые модели будут обладать или уже обладают ещё более расширенным функционалом.

Читайте также: Сигнатурный радар-детектор и для чего он нужен.

Как настроить FM-трансмиттер

Нередко при попытках настройки FM-трансмиттера максимум, что удаётся сделать – получить звук, сопровождаемый шипением радиопомех. Для многих водителей непонятно, как это может происходить, ведь магнитола и трансмиттер находятся рядом, буквально на расстоянии полуметра друг от друга, и уровень радиосигнала должен обеспечивать идеальный приём. Однако они забывают, что приём сигнала осуществляет не сама магнитола, а её антенна, которая обычно вынесена за пределы салона, находится в задней части корпуса, к тому же металл кузова поглощает значительную часть радиосигнала. Нельзя забывать и о помехах, наводимых электрическими проводами, протянутыми по улицам. Напротив, для активной антенны на лобовом стекле сигнал FM-трансмиттера может оказаться чересчур сильным, и устройство буквально захлёбывается, пропуская мощный сигнал через свой широкополосный усилитель входа.

Если после всех ваших усилий по настройке трансмиттера шипение никак не удаётся убрать:

• поищите другую частоту передачи и приёма – возможно, та частота, которая была выбрана вами вначале, забивается помехами от какой-то FM-станции;
• переместите антенну магнитолы ближе к трансмиттеру;
• если вы используете активную антенну, попробуйте отвести её дальше от трансмиттера;
• вообще отключите наружную антенну, если не планируете в ближайшее время слушать радио.

Читайте также: Что такое иммобилайзер в машине и как он работает.

Видео на тему

FM-модулятор, другое название FM-трансмиттер– компактное радиоэлектронное устройство для машин, которое подключается к прикуривателю. Применяется для воспроизведения музыкальных файлов, записанных на встроенную или flash-память, с помощью штатного автомобильного радиоприёмника. Отличается простотой использования и доступной ценой по сравнению с современными магнитолами и автомобильными мультимедийными системами, поставляется вместе с дистанционным пультом управления. Большинство модуляторов имеет компактный дисплей на базе LCD-технологии, что упрощает процесс поиска любимого музыкального трека.

Принцип работы модулятора

• устройство подключается к прикуривателю;
• ФМ-модулятор распознаёт сохранённые музыкальные композиции на внутренней или внешней памяти;
• штатная магнитола автомобиля улавливает радиочастоты, воспроизводит их через установленные и подключенные колонки.

Это принцип работы большинства FM-модуляторов. Устройства на базе мобильных операционных платформ iOS и Android оснащены Bluetooth и функцией подключения смартфона. Трансляция и приём радиосигнала осуществляется по беспроводному каналу связи. Соответственно и мобильное устройство для корректной работы модулятора должно поддерживать Bluetooth.

Современные передатчики распространяют сигнал на расстояние до 10-20 метров. Хотя для трансляции музыки достаточно 1-3 м. Это средняя дистанция между установленным FM-трансмиттером и антенной автомобильной магнитолы.

Об основных функциях

1. Считывание аудиофайлов разных форматов (MP3, WMA, WAV).
2. Обработка цифрового сигнала и трансляция на FM-частотах.
3. Передача нового сигнала по радиоканалу.

Для правильной работы ФМ-модулятора выбирают частоту, не занятую радиостанцией.

Как пользоваться устройством?

1. Подключите трансмиттер к прикуривателю, чтобы корпус устройства не закрывал кнопки и регуляторы на передней панели;
2. Включите FM-радио в штатной магнитоле;
3. Настройте частоту на 88,0 или 87,5 МГц для минимального количества помех;
4. Установите с помощью кнопок, которые расположены на корпусе трансмиттера, или дистанционного пульта управления аналогичную частоту;
5. Вставьте флешку в модулятор, если такая функция предусмотрена;
6. Воспроизведение музыкальных композиций начнётся в автоматическом режиме.

Как выбрать FM-модулятор?

При выборе модулятора необходимо обращать внимание на следующие характеристики:

1. Доступные частоты

Чем шире диапазон рабочих радиочастот, тем лучше. Указывается производителем в инструкции по эксплуатации. Стандартная автомагнитола имеет диапазон 87,5 — 108 МГц. Шаг – 0,1 МГц. Дешёвый модулятор работает в ограниченном спектре частот, а более дорогой и функциональный вещает во всем диапазоне. В первом случае владелец ТС ограничен в выборе свободных волн, а с широкодиапазонным FM-трансмиттером таких трудностей не возникнет.

2. Наличие жидкокристаллического дисплея

LED- или ЖК-экран, который установлен в трансмиттере, — приятное и удобное дополнение. Различается размерами, чёткостью и удобством считывания информации. Упрощает процесс управления FM-модулятором. Полезен при поиске любимой композиции, изменении настроек и т.д.

Выбирайте устройство одновременно с качественным, хорошо читаемым и не слишком крупным дисплеем. Большой жидкокристаллический экран приводит к увеличению габаритных размеров устройства. В результате модулятор выглядит громоздко и чужеродно в интерьере транспортного средства, занимает дополнительное пространство.

3. Поддержка Bluetooth

Удобная функция для беспроводной связи модулятора со смартфоном. Если Вы не воспроизводите музыку через мобильное устройство, то наличие Bluetooth-модуля в трансмиттере не обязательно.

4. Питание

Обращайте внимание на поддерживаемое напряжение питания трансмиттера. Он должен совпадать с напряжением в бортовой автомобильной сети. Модуляторы с универсальным питанием, т.е. подходящие для работы в 12- и 24-вольтных бортовых сетях, стоят чуть дороже.

5. Габаритные размеры

Компактные и недорогие модуляторы подходят для автомобилей с разным расположением прикуривателя. При выборе более крупного устройства проверяйте наличие свободного пространства в передней части машины.

6. Комплектация

Вместе с модуляторами могут быть предусмотрены карты памяти, пульты дистанционного управления и другое оборудование. Это приводит к расширению функциональных возможностей и удорожанию устройств.

При выборе ФМ-модулятора обращайте внимание на дизайн, качество сборки и т.д.

Видео:Xiaomi Roidmi 2S. Самый лучший FM модулятор с Bluetooth.

Обзор лучших моделей

Ritmix FMT-A705

Удобный в эксплуатации и демократичный по цене модулятор от производителя Ritmix. Имеет дисплей компактных размеров. Поддерживает карты памяти форматов SD и microSD, распознаёт флешки, ёмкость которых не превышает 32 ГБ. Оборудование корейской компании позволяет слушать любимые музыкальные композиции и аудиокниги в формате MP3. В комплектации с устройством идёт простенький, но аккуратный пульт дистанционного управления. Диапазон радиочастот находится в границах 87,5-108 МГц.

+ Универсальное питание 12/24 В.

+ Поддержка карт памяти и flash-накопителей.

— Отсутствует возможность изменения наклона экрана.

— «Дружит» только с MP3-форматом.

Neoline Splash FM

Красивый FM-модулятор с цветным дисплеем LCD, выполненный в корпусе чёрного цвета с пластиковым покрытием Soft Touch. Отличается габаритными размерами по сравнению с другими моделями на рынке. В корпусе устройства предусмотрен пустой слот для microSD-карты. Splash FM без проблем распознаёт карточки памяти ёмкостью до 16 Гбайт.

Трансмиттер с жидкокристаллическим экраном рассчитан на 206 FM-каналов. Рабочий диапазон – 87-108 MHz. Имеет встроенную память для запоминания настроек и последней музыкальной композиции, проигрываемой перед выключением.

В комплекте с основным оборудованием от Neoline поставляется дополнительный предохранитель, ДУ-пульт, 3,5-миллиметровый кабель Jack.

+ Красивое и аккуратное внешнее исполнение.

+ Немаркий корпус благодаря специальному покрытию Soft Touch.

+ Наличие ПО с дополнительными функциями.

+ AUX -разъёмы IN и OUT.

— Из-за габаритных размеров может не подойти для установки в прикуриватель.

Rolsen RFA-400

Устройство, которое транслирует музыку в форматах WMA и MP3 на расстоянии до 3,5 м. Отличается дружелюбностью для автовладельца, заключающейся в наличии крутящегося регулятора и удачном расположении кнопок управления. Благодаря этому FM-модулятором Rolsen приятно и удобно пользоваться. Источником сигнала для него может стать как USB-накопитель (больше 16 Гигабайт не поддерживается), так и карта памяти вида microSD.

Устройство имеет чёрный корпус овальной формы с серебристой окантовкой и красивыми дополнительными элементами голубого цвета. Смотрится симпатично и аккуратно. Главный недостаток FM-трансмиттера марки Rolsen — дисплей с невысокой степенью яркости. Из-за этого возникают трудности со считыванием информации при попадании солнечных лучей в салон машины.

+ Удобные органы управления, включая вращающуюся рукоять.

+ Два разъёма USB.

+ Моментальная синхронизация с автомагнитолой.

+ Эквалайзер, удобный для выбора настроек.

— Претензии к работе пульта дистанционного управления на большом расстоянии.

— Блеклый дисплей, с которого тяжело считывать информацию в яркий солнечный день.

— Не способно работать в 24-вольтных бортовых сетях.

Так что же выбрать?

В меру функциональный, удобный в управлении и недорогой ФМ-модулятор. Не стоит приобретать устройства с большим количеством дополнительных функций и огромными дисплеями, так как в противном случае теряется смысл бюджетности FM-трансмиттера. Добавив немного денежных средств, вы купите простенькую автомагнитолу с USB-разъёмом и поддержкой карт памяти.

Еще совсем недавно водителя в дороге «развлекало» радио, а теперь – его любимые песни, записанные на компакт-диске или флэш накопителе. И вправду, прогресс не стоит на месте: в настоящий момент существует уже большое количество электронных устройств, которые, так или иначе, делают нашу жизнь приятнее. Сегодня вы узнаете, для чего нужен автомобильный FM модулятор, как им правильно пользоваться, а также их достоинства и недостатки.

Зачем нужен FM модулятор для авто

FM модулятором называют небольшое радиоэлектронное устройство, которое применяется для воспроизведения звуковых файлов, находящихся на специальном флэш накопителе. Однако модулятор не имеет в своей системе ни колонок, ни усилителя. Он является лишь передатчиком между автомобильным радио и флэш накопителем. Модуляторы зарекомендовали себя как самая дешевая альтернатива дорогой магнитоле, имеющий специальный разъем под USB или любой другой накопитель.

Принцип действия у этого устройства следующий. Оно подключается к бортовой сети автомобиля и настраивается под определенную волну, выбранную водителем. В это же время, радио, установленное в автомобиле, настраивается на ту же волну. Теперь флэш карта подключается к модулятору, и он преобразует воспроизведение аудио файлов в радиоволну на требуемой частоте. Радиоприемник автомобиля получает этот сигнал и музыка, находящаяся на карте, воспроизводится в колонках радиоприемника. Управление списком воспроизведения осуществляется при помощи клавиш, расположенных на самом передатчике.

Вот так мы получаем магнитолу, которая имеет возможность воспроизведения звуковых файлов с флэш карты. На самом деле, это очень удобно.

Советы по использованию ФМ модулятора

На первый взгляд, все кажется предельно простым: настрой радио и передатчик на нужную частоту и вставь флэш накопитель. Однако если не учесть некоторые нюансы, то вы будете не удовлетворены качеством звука.

• Приготовьте мощную антенну. Чтобы качество передачи было действительно неплохим, необходимо обзавестись хорошей антенной и тщательно позаботиться о ее хорошей «массе» с кузовом.
• Используйте только те частоты, которые свободны от эфирных вещаний. Так, например, если взять частоту, на которой передает звуковые сигналы местное радио, то это создаст излишние помехи, что помешает нормальному воспроизведению музыки.
• Не используйте слишком большие флэш карты. Большой объем памяти не всегда читается устройством. Это как раз тот случай, когда перед выбором устройства нужно выбрать для себя оптимальную память.

Достоинства и недостатки FM-передатчиков

Как и любое устройство, модулятор тоже имеет свои плюсы и минусы. Ниже мы постараемся их все перечислить.

Плюсы:

• Относительная небольшая цена. Такой FM модулятор стоит в 2 раза дешевле магнитолы. Покупать модулятор экономически выгодно. Однако цена модулятора имеет прямую зависимость от его качества и дополнительного функционала. Ведь есть устройства со встроенными дисплеями.
• Возможность чтения любого флэш накопителя. Современные модуляторы имеют разъемы под любую флэш карту, что делает их универсальными.

Минусы:

• Все модуляторы изготавливаются под стандартное напряжение 12 Вольт. Это значит, что их применение на тяжелых дизельных автомобилях с напряжением 24Вольта будет невозможным, так как устройство может попросту сгореть.
• Самым главным недостатком модуляторов являются помехи, которые есть всегда и везде, но в первую очередь, это касается высоковольтных проводов. Они вырабатывают достаточное магнитное поле, способное сбить с толку абсолютно любой FM передатчик.
• Качество звука модулятора будет чуть хуже, чем у обычного радио, поэтому в погоне за лучшим звуком, целесообразнее иметь хорошую аудиосистему.

Конечно, сегодня FM-модулятор является устаревшим устройством, спрос на которое постепенно уходит в прошлое. Ведь сейчас уже есть специальные магнитолы, которые имеют разъемы под разные виды флэш карт и даже дисководы. Поэтому, исходя из плюсов и минусов FM-передатчика, вы сами сможете решить, нужен он вам или нет

Квадратурный Модулятор и Демодулятор — пример работы

Приветствую, перед прочтением статьи рекомендую почитать про модуляцию и манипуляцию, амплитудную и фазовую манипуляцию и спектр сигнала.

Квадратурный демодулятор

С помощью квадратурного демодулятора можно любой сигнал с полосовой модуляцией преобразовать в Baseband сигнал.

Сначала мы умножаем сигнал на комплексную экспоненту, а комплексная экспонента по формуле Эйлера расписывается на cos и sin, e^ix=cosx+isinx. Сместили спектр сигнала вниз по частоте и чтобы подавить вторую боковую составляющую, мы пропустили через фильтр нижних частот (ФНЧ). На выходе получили две квадратуры Baseband сигнала Re и Im. На входе был ВЧ сигнал. 

Квадратурный демодулятор преобразует вещественный ВЧ сигнал в его низкочастотный эквивалент.

С помощью такого демодулятора, можно преобразовать сигнал с любой полосовой модуляцией. Главное, чтобы спектр сигнала, уложился в полосу пропускания этого фильтра. 

Квадратурный модулятор

На входе есть квадратуры Baseband сигнала, а на выходе ВЧ колебание. Он выглядит проще чем демодулятор, фильтры не нужны, потому что изначально, вторая половинка спектра уже подавлена. 

Нужно baseband сигнал умножить на комплексную экспоненту и сместить спектр вверх по частоте. Откуда взялся минус на картинке? -sin(2pift). Ниже есть формулы объясняющие этот минус. 

I и Q это квадратуры baseband сигнала, те которые были на входе квадратурного модулятора. cos и sin комплексная экспонента по формуле Эйлера.

• s(t) – вещественный сигнал;
• z(t) – аналитический сигнал;
• zв(t) – комплексная огибающая, сигнал без несущей;
• А(t) – закон изменения амплитуды от времени;
• θ(t) – закон изменения мгновенной фазы от времени;
• ω – угловая частота;
• I и Q – квадратуры.

Если мы раскроем скобки, получится полная сумма, но из этой суммы мы оставили только вещественную часть, а то что было с мнимой единицей мы отбросили. s(t) реальная часть аналитического сигнала. 

Квадратурный модулятор это устройство, которое преобразует baseband сигнал в вещественный сигнал. С помощью квадратурного модулятора мощно сформировать сигнал с любой модуляцией.

Если мы знаем квадратуру, то можем вычислить амплитуду и фазу. 

Пример того, как работает модулятор

Рассмотрим простой пример. Нарисовали график с точками S1-S4. На схеме изображен модулятор, что мы должны подавать на входы модулятора, чтобы получить четверичную фазовую манипуляцию?

Сначала получаем S1, потом S2, затем S3 и S4. На входы модулятора нужно подавать координаты точек (таблица). Таким образом задаем сигналы для фазовой манипуляции и QAM, просто через координаты точек на прямоугольной системе координат. 

Спасибо за прочтение статьи, все статьи на тему радиосвязи вы найдете в разделе радиосвязь. Если есть вопросы задавайте в комментариях! 

Широтно-импульсная модуляция — Википедия

График, иллюстрирующий применение трёхуровневой ШИМ для управления электродвигателем, которая используется в приводах асинхронных электродвигателей с переменной частотой. Напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку машины изображено синим (V). Магнитный поток в статоре машины показан красным (B). Здесь магнитный поток имеет приблизительно синусоидальную форму, благодаря соответствующему закону ШИМ.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — процесс управления мощностью методом пульсирующего включения и выключения прибора. Различают аналоговую ШИМ и цифровую ШИМ, двоичную (двухуровневую) ШИМ и троичную (трёхуровневую) ШИМ^[1].

Основной причиной применения ШИМ является стремление к повышению КПД при построении вторичных источников питания электронной аппаратуры и в других узлах, например, ШИМ используется для регулировки яркости подсветки LCD-мониторов и дисплеев в телефонах, КПК и т.п..

Тепловая мощность, выделяемая на ключе при ШИМ[править | править код]

В ШИМ в качестве ключевых элементов использует транзисторы (могут быть применены и др. полупроводниковые приборы) не в линейном, а в ключевом режиме, то есть транзистор всё время либо разомкнут (выключен), либо замкнут (находится в состоянии насыщения). В первом случае транзистор имеет почти бесконечное сопротивление, поэтому ток в цепи весьма мал, и, хотя всё напряжение питания падает на транзисторе, выделяемая на транзисторе мощность практически равна нулю. Во втором случае сопротивление транзистора крайне мало, и, следовательно, падение напряжения на нём близко к нулю — выделяемая мощность также мала. В переходных состояниях (переход ключа из проводящего состояния в непроводящее и обратно) мощность, выделяемая в ключе, значительна, но так как длительность переходных состояний крайне мала, по отношению к периоду модуляции, то средняя мощность потерь на переключение оказывается незначительной.

1. Rtr→∞↔P=U2R→0{\displaystyle R_{tr}\rightarrow \infty \leftrightarrow P={{\frac {{U}^{2}}{R}}\rightarrow 0}}

2. Rtr→0↔P=I2R→0{\displaystyle R_{tr}\rightarrow 0\leftrightarrow P={I}^{2}R\rightarrow 0}

Реализуемый в контроллерах широтно-импульсный модулятор состоит из двух блоков: линейного интегратора (И-звена) и  трехпозиционного релейного элемента. Установленными при изготовлении изделия параметрами схемы являются: постоянная времени И-звена Ти и уровень сигнала на выходе релейного элемента ±А.

Широтно-импульсный модулятор генерирует последовательность импульсов со скважностью, пропорциональной уровню сигнала на его входе. Параметр его настройки, т.е. минимальная длительность импульса, устанавливается с помощью зоны нечувствительности релейного элемента широтно-импульсного модулятора. ^[2]

Аналоговая ШИМ[править | править код]

Один из методов двухуровневой ШИМ с помощью аналогового компаратора. На один из входов компаратора подаётся пилообразное напряжение от вспомогательного генератора, на другой вход — модулирующее напряжение. Состояние выхода компаратора — ШИ-модуляция. На рис.: сверху — пилообразный сигнал и модулирующее напряжение, снизу — результат ШИМ.

ШИМ-сигнал генерируется аналоговым компаратором, на один вход (по рисунку — на инвертирующий вход компаратора) которого подаётся вспомогательный опорный пилообразный или треугольный сигнал, значительно большей частоты, чем частота модулирующего сигнала, а на другой — модулирующий непрерывный аналоговый сигнал. Частота повторения выходных импульсов ШИМ равна частоте пилообразного или треугольного напряжения. В ту часть периода пилообразного напряжения, когда сигнал на инвертирующем входе компаратора выше сигнала на неинвертирующем входе, куда подается модулирующий сигнал, на выходе получается отрицательное напряжение, в другой части периода, когда сигнал на инвертирующем входе компаратора ниже сигнала на неинвертирующем входе — будет положительное напряжение^[3].

Аналоговая ШИМ реализуется с помощью компаратора, на один вход которого подаются треугольный или пилообразный периодический сигнал со вспомогательного генератора, а на другой — модулирующий сигнал. На выходе компаратора образуются периодические прямоугольные импульсы с переменной шириной, скважность которых изменяется по закону модулирующего сигнала, а частота равна частоте треугольного или пилообразного сигнала и обычно постоянна.

Аналоговая ШИМ применяется в усилителях низкой частоты класса «D».

Цифровая ШИМ[править | править код]

В двоичной цифровой технике, выходы в которой могут принимать только одно из двух значений, приближение желаемого среднего уровня выхода при помощи ШИМ является совершенно естественным. Схема настолько же проста: пилообразный сигнал генерируется N-битным счётчиком. Цифровые устройства (ЦШИП) работают на фиксированной частоте, обычно намного превышающей реакцию управляемых установок (передискретизация). В периоды между фронтами тактовых импульсов выход ЦШИП остаётся стабильным, на нём действует либо низкий уровень, либо высокий, в зависимости от выхода цифрового компаратора, сравнивающего значение счётчика с уровнем приближаемого цифрового сигнала V(n). Выход за много тактов можно трактовать как череду импульсов с двумя возможными значениями 0 и 1, сменяющими друг друга каждый такт T. Частота появления единичных импульсов получается пропорциональной уровню приближаемого сигнала ~V(n). Единицы, следующие одна за другой, формируют контур одного, более широкого импульса. Длительности полученных импульсов переменной ширины ~V(n) кратны периоду тактирования T, а частота равна 1/(T*2^N). Низкая частота означает длительные, относительно T, периоды постоянства сигнала одного уровня, что даёт невысокую равномерность распределения импульсов.

Описанная цифровая схема генерации подпадает под определение однобитной (двухуровневой) импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). 1-битную ИКМ можно рассматривать в терминах ШИМ как серию импульсов частотой 1/T и шириной 0 либо T. Добиться усреднения за менее короткий промежуток времени позволяет имеющаяся передискретизация. Высоким качеством обладает такая разновидность однобитной ИКМ, как импульсно-плотностная модуляция (англ.)русск., которая ещё именуется импульсно-частотной модуляцией.

Восстанавливается непрерывный аналоговый сигнал арифметическим усреднением импульсов за много периодов при помощи простейшего фильтра низких частот. Хотя обычно даже этого не требуется, так как электромеханические составляющие привода обладают индуктивностью, а объект управления (ОУ) — инерцией, импульсы с выхода ШИМ сглаживаются и ОУ, при достаточной частоте ШИМ-сигнала, ведёт себя как при управлении обычным аналоговым сигналом.

В цифровой ШИМ период делится на части, которые заполняются прямоугольными подымпульсами. Средняя величина за период зависит от количества прямоугольных подымпульсов. Цифровая ШИМ — приближение бинарного сигнала (с двумя уровнями — вкл/выкл) к многоуровневому или непрерывному сигналу так, чтобы их средние значения за период времени t2−t1{\displaystyle t_{2}-t_{1}} были бы приблизительно равны.

Формально это можно записать так:

∫t1t2x(t)dtt2−t1=∑i=1nA∗ΔTit2−t1,{\displaystyle {\int _{t_{1}}^{t_{2}}{x(t)\,dt} \over {t_{2}-t_{1}}}={\sum _{i=1}^{n}{A*\Delta T_{i}} \over {t_{2}-t_{1}}},}

где x(t){\displaystyle x(t)} — входной сигнал в пределах от t₁ до t₂;

ΔTi=t2−t1n{\displaystyle \Delta T_{i}={\frac {t_{2}-t_{1}}{n}}} — продолжительность i -го ШИМ подымпульса, каждого с амплитудой A;

n выбирается таким образом, чтобы за период разность суммарных площадей (энергий) обеих величин была меньше допустимой:

∫t1t2x(t)dt−∑i=1nA∗ΔTi<E{\displaystyle \int _{t_{1}}^{t_{2}}{x(t)\,dt}-\sum _{i=1}^{n}{A*\Delta T_{i}}<E}.

Управляемыми «уровнями», как правило, являются параметры питания силовой установки, например, напряжение импульсных преобразователей /регуляторов постоянного напряжения/ или скорость электродвигателя. Для импульсных источников x(t) = U_const стабилизации.

В цифровой ШИМ прямоугольные подымпульсы, заполняющие период, могут стоять в любом месте периода, на среднюю величину за период влияет только их количество. Например, при разбиении периода на 8 частей последовательности 11110000, 11101000, 11100100, 11100010, 11100001 и др. дают одинаковую среднюю за период величину, но отдельно стоящие «1» ухудшают режим работы ключа (транзистора).

В качестве ШИМ можно использовать даже COM-порт. Так как 0 передаётся как 0 0000 0000 1 (8 бит данных + старт/стоп), а 255 как 0 1111 1111 1, то диапазон выходных напряжений — 10-90 % с шагом в 10 %.

Управление многоуровневыми синусоидальными ШИМ (СШИМ)[править | править код]

Напряжение на участке инвертора.(а) Выходное напряжение с применением СШИМ. (b) Выходное напряжение с добавлением синусоидальной третьей гармоники.

Несколько методов были разработаны для сокращения искажения в многоуровневых инверторах, на основе классического СШИМ с треугольным носителем. Некоторые методы используют расположение источника, другие используют сдвиг фазы из нескольких несущих сигналов . Рисунок справа показывает типичное напряжение, сгенерированное одной секцией инвертора путем сравнения синусоидального сигнала с треугольным несущим сигналом.

Множество N_c-каскадов в одной фазе с их источниками, смещенными на угол θ_с = 360°/N_c и использующими то же управляющее напряжение, производят напряжение нагрузки с самым маленьким искажением. Этот результат был получен для многоэлементного инвертора в семи-уравневой конфигурацией, которая использует три подключенных последовательно сегмента в каждой фазе. Самое маленькое искажение получено, когда источник смещен на угол в θ_с = 360°/3 = 120 °.

Довольно обыденной практикой в промышленном применении для многоуровневого инвертора является вставка третьей гармоники в каждый сегмент, как показано на Рисунок справа(b), для увеличения выходного напряжения. Еще одна положительная сторона многоуровневого СШИМ -эффективная частота переключения напряжения нагрузки в Nc-количество раз, и частота переключения каждого сегмента, в зависимости от ее несущего сигнала. Это свойство позволяет сокращать частоты переключения каждого сегмента, таким образом уменьшая потери на переключении.

Метод опорных векторов (MOB)[править | править код]

Пространственно-векторная диаграмма :(а) для двух-уровневого ,(b) трех-уровневого, и (c) пяти-уровневого инвертора.

Техника МОВ может быть легко применима для всех многоуровневых инверторов. Рисунок справа показывает векторы пространства для традиционных двух-, трёх- и пятиуровневых инверторов. Эти векторные диаграммы универсальны независимо от типа многоуровневого инвертора. Другими словами, рисунок справа действителен для пятиуровневого зафиксированного на диод, зафиксированного на конденсатор, или расположенного каскадом инвертора. Смежные три вектора могут синтезировать желаемый вектор напряжения путем вычисления рабочего цикла (T_j, T_j+1, и T_j+2) для каждого вектора.

Пространственно-векторные методы ШИМ обычно имеют следующие преимущества: хорошее использование напряжения источника постоянного тока, низкая пульсация и относительно легкая аппаратная реализация цифровым сигнальным процессором (DSP). Эти функции делают его подходящим для высоковольтных и мощных потребителей.

С увеличением количества уровней, существенно увеличиваются перегрузки и сложность переключения . Некоторые авторы использовали разложение пятиуровневой пространственно-векторной диаграммы в две трехуровневые пространственно-векторные диаграммы с фазовым сдвигом, чтобы минимизировать пульсации и упростить управление. Кроме того, простой пространственно-векторный метод  был представлен без вычисления рабочего цикла смежных трех векторов .

Модуляторы сигналов. Принципы работы амплитудного и однополосного модулятора, спектральный анализ их выходных сигналов.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 8Следующая ⇒

Модулятор — устройство, осуществляющее управление какими-либо параметрами высокочастотного сигнала в соответствии с изменениями передаваемого низкочастотного сигнала — модуляцию. По виду управляемых параметров модуляторы делятся на амплитудные, частотные, фазовые, квадратурные, однополосные и т.д. Модулятор является одной из составных частей передающих устройств радиосвязи, радио- и телевещания. Переносчиком информации обычно служат гармонические колебания или волны с частотой (называемой несущей или поднесущей). В зависимости от того, какой параметр гармонических колебаний или волн изменяется, различают амплитудную, частотную, фазовую или смешанную (например, при однополосной передаче) модуляцию колебаний .

В настоящее время основными областями применения AM являются: звуковое радиовещание на «длинных», «средних» и «коротких» волнах (диапазоны частот НЧ, СЧ и ВЧ) и телевизионное вещание в метровом и дециметровом диапазонах (ОВЧ и УВЧ) — передатчики изображения. Для целей радиосвязи AM применяется в авиации в диапазонах 118… 136 МГц (ближняя радиосвязь). В отечественной прак­тике AM применяется также в трехпрограммном проводном вешании.

Наметилась тенденция постепенного перехода в радиовещании от AM к однополосной М. В первую очередь на систему однопо­лосной модуляции (ОМ) планируется перевести вещание в диапазоне ВЧ- Прорабатывается применение варианта ОМ, совместимого с ис­пользуемой в настоящее время и сохраняющейся на ближайшее будущее AM.

Распределение мощности сигнала в полосе звуковых частот характе­ризуется спектральной плотностью S(Q) [или S(F)]. На рис. 6.1 показа­наспектральная плотность русской речи, отнесенная к максимальной спектральной плотности, наблюдающейся на частоте вблизи F- 300 Гц. Как видно, спектральная плотность весьма неравномерна. Весь спектр акустических колебаний, воспринимаемый человеческим ухом, занима­ет широкую полосу частот— примерно 20…20 ООО Гц; максимум чувст­вительности уха около 1000 Гц. Наиболее «мощные» спектральные составляющие человеческого голоса сосредоточены в узкой полосе 200…600 Гц.

Для обеспечения разборчивого восприятия речи при радиотелефон­ной связи (так называемая коммерческая радиотелефония) достаточно равномерно пропускать через передатчик полосу модулирующих частот 300…3400 Гц (в некоторых случаях 300…3000 или др.) с допустимой неравномерностью в этой полосе примерно ±(2…3) дБ. Для обеспечения эстетического восприятия в радиовещании необходимо с заданной до­пустимой неравномерностью передавать существенно более широкую полосу частот.

 

Модулятором (модулируемым каскадом) радиопередатчика называ­ется устройство (каскад), в котором осуществляется процесс модуля­ции. Это каскад усиления радиочастоты между возбудителем и выходом передатчика (антенной), т. е. либо вы­ходной (оконечный), либо какой-то промежуточный каскад.

Модулирующее (звуковое) напряжение (сигнал) поступает на пере­датчик от источника информации, например от микрофона в радиове­щательной студии. Для обеспечения работы модулятора, как правило, необходимо предварительное усиление модулирующего сигнала. В передатчике для этого предусматривается тракт усиления звуковой час­тоты (модуляционное устройство), выходной каскад которого условно назовем мощным усилителем звуковой частоты (МУЗЧ) — модулирую­щим каскадом. Структурные схемы передатчиков с AM показаны на рис. 6.8.

Передатчики с однополосной модуляцией (ОМ) получили широкое распространение в магистральных радиосвязях (резерв спутниковой ра­диосвязи), в подвижных службах (морская, военная, авиационная ра­диосвязь), в системах низовой и производственной радиосвязи.

Радиооборудование с ОМ в зависимости от назначения строится одно-, двух- и четырехканальным с возможностью универсального ис­пользования каналов для передачи непрерывных или дискретных сигна­лов телефонных, телеграфных, фототелеграфных систем связи.

В отличие от AM, ЧМ и ФМ, где при модуляции изменяется лишь один параметр ВЧ колебания — амплитуда или фазовый угол, при однополосной модуляции изменяются одновременно оба параметра Именно поэтому однополосную модуляцию иногда называют амплитудно-фазовой модуляцией, при которой передаваемая информация ока зывается заложенной в изменениях амплитуды и фазы.

Большой практический интерес к ОМ и широкое внедрение радио­оборудования с ОМ, особенно в KB диапазоне, объясняется известными преимуществами этого вида модуляции по сравнению с AM и ЧМ.

Очевидным и важным преимуществом ОМ является наиболее узкая полоса частот, занимаемая сигналом с ОМ в радиоканале. Она почти равна полосе частот исходного модулирующего сигнала. Полоса час­тот, занимаемая колебанием с AM, по меньшей мере в 2 раза шире. При ЧМ занимаемая полоса еще шире. Благодаря этой особенности ОМ ее применение в системах радиосвязи и вещания позволяет почти в 2 раза по сравнению с AM уменьшить необходимые полосы радиоканалов и тем самым увеличить вдвое число действующих радиосвязей в одном и том же диапазоне частот.

Построение структурных схем передатчиков с ОМ имеет ряд особен­ностей по сравнению, например, с передатчиками с AM. В передатчиках с ОМ модулированный сигнал формируется на рабочей частоте в возбудителе, затем усилива­ется до необходимой мощности и подводится к антенне. Перенос опера­ции формирования ОМ сигнала в промежуточные каскады передатчика на более высокий уровень мощности не дает практических преиму­ществ, встречая при этом значительные трудности. В связи с этим в возбудителях передатчиков с ОМ всегда присутствует устройство, фор­мирующее сигналы для желательного вида работы.

В соответствии с особенностями сигнала с ОМ, который можно рассматривать либо как два колебания (несущее и в боковой полосе), занимающих различные частотные полосы, либо как произведение колебания изменяющейся во времени огибающей U_or(t) и ВЧ колебания с угловой модуляцией, при построении передатчиков с ОМ можно реализовать три метода.

Первый метод заключается в том, что в возбудителе (рис.7.3,д) на рабочей частоте формируется однополосный сигнал (7.6), соответст­вующий желательному виду излучения, который подводится к мощному линейному усилителю (ЛУ) с линейной амплитудной характеристикой в пределах 0 < U_or(t) < U_ormax— Линейный усилитель содержит предвари­тельные усилители (ПУ), мощный оконечный каскад — усилитель мо­дулированных колебаний (ОК-УМК) и колебательную систему (КС) для согласования оконечного каскада с антенной и подавления гармо­ник. Наличие в ЛУ мощного оконечного каскада, электронные при­боры которого для обеспечения линейной АХ должны работать в недонапряженном режиме, приводит к низкому промышленному КПД всего передатчика при усилении сигналов с переменной амплитудой.

 

Однако благодаря простоте решения по этому методу построено подав­ляющее большинство передатчиков для радиосвязи.

Второй метод — это метод раздельного излучения спектральных составляющих. В возбудителе на рабочей частоте формируются на раздельных выходах колебание с несущей частотой и колебание в боковой полосе. Колебание несущей с постоянной амплитудой эффективно усиливается в предварительных усилителях (ПУН), затем в оконечном усилителе и через колебательную систему подводится к антенне А₁. Колебания в боковой полосе с переменной амплитудой усиливаются линейным уси­лителем, состоящим из предварительных усилителей (ПУБ), оконечно­го усилителя (ОК-УМК), колебательной системы (КС) и подводятся к антенне А₂.

Таким образом, в этом варианте передающий комплекс с ОМ должен состоять из одного возбудителя и двух передатчиков со своими антен­нами. Такой комплекс рассматривается как одно из решений для радио­вещания с ОМ на больших мощностях. Решая вопрос целесообразности,

Сущность третьего метода раздельного усиления составляющих сигнала с ОМ или метода Кана заключается в том, что возбудителе формируется однополосный сигнал, соответствующий нужному типу излучения, затем составляющие сигнала — огибающая U_or(t) и ВЧ колебание с угловой модуляцией разделяются и подводятся к разным выходам. Колебание с угловой модуляцией и постоянной амплитудой усиливается в предварительных усилителях и подводятся к ВЧ входу оконечного каскада — перемножителя. Колебание огибающей усиливается в мощном усилителе постоянного тока и подводится к второму входу перемножителя. При реализации в ОК линейной операции перемножения в выходной цепи восстанавливается усиленный ОМ сигнал и через колебательную систему подводится к антенне.



Модулятор — Вікіпедія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Високочастотний модулятор Схема кільцевого модулятора Демонстрація накладення низьких частот на сигнал-носій (високочастотний). Амплітудна (AM) і частотна (FM) модуляції.

Модулятор (англ. modulator, фр. Modulateur, нім. Modler m, Modulator m) – пристрій, що здійснює модуляцію сигналів. Складова частина передавача в каналах електрозв’язку, оптичного та звукового зв’язку, оптичних звукозаписуючих, оптоелектронних та ін. пристроїв, за допомогою якої здійснюється управління параметрами гармонічних електромагнітних коливань, тобто модуляція коливань. При гармонічній несній залежно від виду модуляції розрізняють амплітудні, частотні й фазові модулятори. Аналогічно при імпульсній несній, коли модулятор здійснює імпульсну модуляцію, розрізняють амплітудно-, широтно-, частотно- та фазоімпульсні модулятори.

Модулятори широко застосовують у різних галузях техніки, пов’язаних з передаванням чи перетворюванням сигналів (повідомлень), зокрема, в техніці зв’язку та автоматичного регулювання, вимірювальній техніці тощо. Приклад застосування модуляторів у гірничій справі – в диспетчерських системах дистанційного контролю включеного-виключеного стану апаратів та механізмів.