Demodulator
Demodulator je elektronski uređaj koji izdvaja koristan signal informacije iz modulisanog signala visoke frekvencije.[1]
Da bi se signal informacije prenio kroz medijum, on je u modulatoru kombinovan sa nosiocem, obično više frekvencije. Na prijemnoj strani demodulator uklanja nosilac, ostavljajući korisnu informaciju. Demodulacija je dakle proces obrnut modulaciji.[1][2]
Demodulatori se često nazivaju detektori, a u opticaju je i treći sinonim diskriminatori, koji se ipak ekskluzivno koristi za detektore frekventno moduliranih signala.
Vrste demodulatora uredi
Pošto su glavni tipovi modulacije amplitudna i frekventna modulacija, to se i detektori dijele na amplitudne i frekventne.[1]
Amplitudni demodulator uredi
Amplitudni demodulatori ili detektori se primjenjuju za demodulaciju amplitudno-moduliranih ili nemoduliranih oscilacija. Takve oscilacije su najčešće neprekidne, ali mogu biti i impulsnog tipa (kao nemodulirana telegrafija ili AM radar).[1]
Diodni demodulator uredi
Postoje dva osnovna tipa diodnog demodulatora: detektor sa serijskim (rednim) opterećenjem i detektor sa paralelnim opterećenjem. Prvi tip se koristi za osnovnu demodulaciju, a drugi za automatsku regulaciju pojačanja ili regulaciju frekvencije lokalnog oscilatora radio-prijemnika.
Pošto je dioda nelinearni element, nelinearno miješanje frekvencija se odigrava u njoj kada su dva ili više signala dovedena na njen ulaz. Zbog toga izlazni signal sadrži ulazne frekvencije, njihove harmonike i njihove sume i razlike. Primjenom filtera koji propušta niske frekvencije na izlazu, signal informacije se može izdvojiti a nekorisne više frekvencije potisnuti. Filter je često obični RC (otpornik-kondenzator) član.
Vremenska konstanta člana mora biti odabrana tako da ne dolazi do izobličenja signala. Ako je konstanta prekratka, izlazni napon će biti serija impulsa (pozitivne poluperiode visokofrekventnog signala). Ako je konstanta suviše duga, izlazni signal ne može pravovremeno da prati promjene amplitude AM signala i dolazi do dijagonalnog odsijecanja izlaznog napona.[3]
Ova vrsta demodulatora se ponekad naziva i vršni detektor (engl. peak-detector) ili detektor envelope zato što detektuje vrhove ulazne envelope signala.
U radio-prijemnicima se dio izlaznog signala diodnog demodulatora koristi za automatsku regulaciju pojačanja u stepenu visokofrekventnog pojačanja i/ili međufrekventnom stepenu. Ovaj signal je sa RC članom vremenske konstante od nekoliko sekundi pretvoren u relativno sporo-mijenjajući signal, koji je koristan za ublažavanje posljedica periodične promjene jačine signala (fejdinga).
Detekcija na rešetki, gejtu ili bazi uredi
Rešetkina detekcija je često korištena u ranom periodu radio-tehnike u prijemnicima sa malim brojem elektronskih cijevi. Prednost je bila u pojačanju koje se dobijalo uz detekciju u jednoj cijevi. Uz to, mogla se primijeniti i pozitivna reakcija, koja je povišavala selektivnost i pojačanje kola sa rešetkinim detektorom. Mana kola je izobličenje signala veće ulazne amplitude.[4]
Funkciju diode je vršila sekcija rešetka-katoda elektronske cijevi, a signal je pojačan stizao na anodu. U anodnom kolu je smješten i RC član, koji izdvaja koristan signal niske frekvencije.[4]
Slične šeme su korištene i za neke modernije radio-prijemnike sa tranzistorima sa efektom polja (FET) ili bipolarnim tranzistorima.
Detekcija na anodi, drejnu ili kolektoru uredi
Korištena je uglavnom u ranom periodu radio-tehnike. Dobra strana je visoka ulazna otpornost. Elektronska cijev radi sa velikim negativnim prednaponom prve rešetke, pa u odsustvu signala ne teče anodna struja (ili je mala). Samo pozitivne poluperiode ulaznog signala proizvode pulseve anodne struje i time se postiže ispravljačko djelovanje. Niskopropusni filter u anodnom kolu propušta dalje samo korisni signal niske frekvencije.[5]
Moguć je i rad bez odsijecanja anodne struje, ako se koristi nelinearni dio (koljeno) Ia-Ug karakteristike. Pozitivne poluperiode ulaznog signala će proizvesti veće promjene impulsa anodne struje nego negativne. Ulazna otpornost kola je međutim manja, jer je srednja vrijednost anodne struje veća.[6]
Ovakav način demodulacije je moguć i sa tranzistorima. Korisni signal se dovodi na gejt ili bazu, a izdvaja na drejnu ili kolektoru.
Balansirani demodulator uredi
Ova vrsta demodulatora se obično primjenjuje za demodulaciju AM signala sa jednim bočnim pojasom (engl. Single Side Band, SSB). Sastoji se od frekventnog miksera sa 4 diode i 2 visokofrekventna transformatora sa srednjim izvodom. Kod balansiranog demodulatora, međufrekventni signal i signal iz BFO oscilatora (engl. BFO, Beat-frequency oscillator) se miješaju u demodulatoru, a izlazno kolo je podešeno na frekvenciju korisne informacije.[7]
Frekventni demodulator uredi
Frekventni detektori demoduliraju frekventno modulirane oscilacije. Često imaju objedinjen amplitudni detektor i pretvarač modulacije.[1]
FM demodulatori su kola koja proizvode izlazni signal koji je proporcionalan trenutnoj frekvenciji signala na svom ulazu.
Diskriminatori (razdvajači) uredi
Frekventni diskriminatori sa oscilatornim kolima prvo pretvaraju frekventno modulisani signal u amplitudno modulisani signal, a zatim vrše demodulaciju AM envelope sa običnim diodnim detektorima.
Prve tri vrste opisanih frekventnih demodulatora zahtijevaju amplitudni ograničavač (limiter) povezan prije ulaza, pošto su osjetljivi i na promjene amplitude, a ne samo frekvencije. Limiter odsijeca vrhove prethodno pojačanog signala, obezbjeđujući konstantnu amplitudu.
Detektor sa razdešenim oscilatornim kolom uredi
Detektor sa razdešenim oscilatornim kolom (engl. slope detector) je najjednostavnija forma frekventnog diskriminatora. Sastoji se od oscilatornog kola podešenog na frekvenciju nešto ispod (ili iznad) frekvencije ulaznog signala, sa dodatim diodnim demodulatorom. Promjena frekvencije ulaznog signala mijenja inducirani napon u oscilatornom kolu demodulatora kako se signal približava ili udaljava od rezonantne frekvencije ulaznog kola. Time se mijenja izlazni AM napon.[8]
Diskriminator sa dva razdešena kola uredi
Diskriminator sa dva razdešena kola (engl. balanced slope detector) je u stvari paralelno vezani dvostruki detektor sa razdešenim oscilatornim kolom, od kojih svaki dobija signal 180 stepeni fazno pomjeren u odnosu na drugi. Fazni pomak je postignut sa transformatorom sa srednjim izvodom. Sekcije transformatora su ulazne zavojnice svakog demodulatora. Jedan demodulator je podešen na frekvenciju iznad međufrekvencije a drugi ispod. Kada je ulazna frekvencija jednaka međufrekvenciji, izlazni signal oba demodulatora je jednak. Pri promjeni frekvencije nadolje ili nagore, izlazni signali dva demodulatora biće nejednaki.[9]
Fazni diskriminator ili Foster-Silijev (Foster-Seeley) diskriminator uredi
Ponekad se naziva i diskriminator sa faznim pomakom. Njegova operacija je vrlo slična radu prethodno opisanog diskriminatora. Pri podešavanju ove vrste diskriminatora, izlazni napon mora biti jednak nuli kada ulazni signal ima frekvenciju jednaku međufrekvenciji.
Ratio detektor uredi
Prednost ratio detektora (engl. ratio detector) je relativna neosjetljivost na promjene amplitude ulaznog signala, pa limiter nije nužan. Kao i kod Foster-Silijevog diskriminatora, postoji samo jedno oscilatorno kolo na strani sekundara transformatora. Rad mu je sličan, ali je izlazni napon na međufrekvenciji jednak polovini najvećeg mogućeg izlaznog signala a ne nuli.
Fazno zatvorena petlja uredi
Naročita novija vrsta detektora podesna za detekciju frekventno moduliranih signala je zamka fazne sinhronizacije (fazno zatvorena petlja, engl. Phase-locked loop, PLL). FZP ne zahtijeva oscilatorna kola i automatski kompenzira promjene u frekvenciji nosioca zbog nestabilnosti oscilatora predajnika.
Rad demodulatora je sljedeći: pretpostavimo da je srednja frekvencija naponski-upravljanog oscilatora jednaka međufrekvenciji. Ako je ulazni FM signal jednak međufrekvenciji, fazni detektor proizvodi izlazni signal greške koji je jednak nuli. Poslije filtriranja i pojačavanja, izlazni signal je isto jednak nuli. Pri bilo kojem otklonu ulazne frekvencije od međufrekvencije, fazni detektor će proizvesti signal greške i izlaz meće biti jednak nuli. Pojačani i filtrirani signal greške je korisni signal frekventno modulirane informacije.
Topologija jedne vrste mješača koji se može koristiti u demodulatoru se naziva Gilbertov ćelijski mješač. On se koristi jer je mnogo lakša implementacija u CMOS dizajnu (suprotno pasivnim mješačkim tehnologijama kao što je diodni prstenasti mješač).
Reference uredi
- ^ a b v g d Osnovi elektronike, Radio-predajnici i radio-prijemnici, Državni Sekretarijat za Narodnu Odbranu, 1967, pp. 296.
- ^ Electronic Communication Systems, Wayne Tomasi, 4th edition, Prentice Hall. ISBN 978-0-13-022125-4. str. 173.
- ^ Electronic Communication Systems, Wayne Tomasi, 4th edition, Prentice Hall. ISBN 978-0-13-022125-4. str. 175.
- ^ a b Osnovi elektronike, Radio-predajnici i radio-prijemnici, Državni Sekretarijat za Narodnu Odbranu, 1967, pp. 311.
- ^ Osnovi elektronike, Radio-predajnici i radio-prijemnici, Državni Sekretarijat za Narodnu Odbranu, 1967, pp. 313.
- ^ Osnovi elektronike, Radio-predajnici i radio-prijemnici, Državni Sekretarijat za Narodnu Odbranu, 1967, pp. 315.
- ^ Electronic Communication Systems, Wayne Tomasi, 4th edition, Prentice Hall. ISBN 978-0-13-022125-4. str. 216.
- ^ Osnovi elektronike, Radio-predajnici i radio-prijemnici, Državni Sekretarijat za Narodnu Odbranu, 1967, pp. 446.
- ^ Osnovi elektronike, Radio-predajnici i radio-prijemnici, Državni Sekretarijat za Narodnu Odbranu, 1967, pp. 448-449.
Literatura uredi
- Osnovi elektronike, Radio-predajnici i radio-prijemnici, Državni Sekretarijat za Narodnu Odbranu, 1967.
- Electronic Communication Systems, Wayne Tomasi, 4th edition, Prentice Hall. ISBN 978-0-13-022125-4.