Амплитудная модуляция используется в различных типах параметрических датчиков. В самом общем случае частотный сигнал, несущий в себе информацию, можно представить в виде:

 a(t) = A(t)cos [ω₀t + θ(t)] = A(t)cosψ(t), в котором амплитуда A или фаза θ изменяются по закону переда­ваемого сообщения. Если изменяется амплитуда - имеет место амплитудная модуляция, если фаза - угловая (частотная или фазовая). В амплитудно-модулированном сигнале фаза θ(t) = θ₀ и, сле­довательно, a(t) = A(t)cos (ω₀t + θ₀).

Пусть модулирующая функция является гармоническим колебанием: s(t) = S₀ cos (Ωt + γ).

Тогда огибающую модулированного колебания можно представить в виде:

A(t) = A₀ + k_ам s(t) = A₀ + ∆A_m cos (Ωt + γ), где  Ω - частота модуляции; γ - начальная фаза огибающей; k_ам - коэффициент пропорциональности; ∆A_m = k_амS₀ - амплитуда изменения огибающей относительно среднего уровня A₀.

Отношение M =∆A_m/A₀ называется коэффициентом модуляции. Таким образом, мгновенное значение модулированного колебания:

a(t) = A₀ [ 1 + Mcos(Ωt + γ)] cos(ω₀t + θ₀).  (7.1)

Перепишем выражение (7.1) в форме

a(t) = A₀[cos(ω₀t + θ₀) + Mcos(Ωt + γ)cos(ω₀t + θ₀)].

Второе слагаемое

после чего развернутое выражение колебания принимает вид:

Первое слагаемое в правой части представляет собой исходное немодулированное колебание с частотой ω₀. Второе и третье слагаемые соответствуют новым гармоническим колебаниям, которые являются следствием модуляции амплитуды. Частоты этих колебаний ω₀+Ω и ω₀-Ω называются соответственно верхней и нижней боковыми частотами модуляции.

Детектирование заключается в выделении сигнала, который в неявной форме содержится в модулированном колебании. Детектирование - это процесс, обратный модуляции, поэтому для обозначения этого процесса часто используют термин «демодуляция». Соответственно основным видам модуляции различают амплитудное, частотное и фазовое детектирование.

Амплитудное детектирование может быть выполнено с помощью однополупериодного выпрямителя (последовательное соединение диода с параллельно соединенными активным сопротивлением R и емкостью C). Ток через диод возможен только в течение отрезков периода, когда положительная полуволна входного на­пряжения превышает выходное напряжение. В промежутках между импульсами тока через диод происходит разряд конденсатора через резистор и напряжение на выходе убывает; во время импульса конденсатор подзаряжается и выходное напряжение растет. При достаточно большой (по сравнению с периодом высокой частоты T = 2π/ω₀) постоянной времени RC зубцы практически отсутствуют, напряжение на выходе воспроизводит огибающую амплитуд входного напряжения. Еще одно условие, необходимое для нормальной работы детектора: постоянная времени цепи нагрузки должна быть мала по сравнению с периодом модуляции. Детектор, удовлетворяющий этим условиям, называют линейным детектором.

Если на вход детектора вместе с модулированным сигналом подать еще один сигнал - гармонический вспомогательный сигнал с частотой, равной частоте модуляции, то выходное напряжение будет совпадать по форме с законом модуляции, т.е. с изменением информативного параметра. Такой принцип называется синхронным детектированием. Оно обладает рядом преимуществ по отношению к линейному детектированию (большая точность и скорость), однако реализация этого принципа связана со значительными трудностями, поскольку нужно обеспечить синхронность двух сигналов [3].

Фазовый детектор

Фазовый детектор - устройство, которое осуществляет сравнение двух входных частот и формирует выходной сигнал, пропорциональный их фазовой разности. Самый простой фазовый детектор - схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с RC-цепочкой на выходе. Его выходное напряжение линейно зависит от фазовой разности опорного и исследуемого сигналов (импульсных), подаваемых на входы схемы.

Фазовый детектор второго типа, чувствительный к взаимному расположению фронтов опорного и исследуемого сигналов, можно построить на основе операционного усилителя, используя его в качестве инвертора (рис. 7.1).

Рисунок 7.1

Для того чтобы проанализировать работу такого фазового детектора, допустим, что на его вход подается сигнал Acos(ω₀+θ) и опорный сигнал представляет собой прямоугольное колебание, причем изменение полярности опорного сигнала происходит в моменты перехода через нуль функции sinω₀t. Предположим далее, что выходной сигнал усредняется с помощью фильтра низких частот, постоянная времени которого превышает величину одного периода T = 2π/ω₀. Тогда можно показать, что в этом случае усредненный выходной сигнал будет пропорционален амплитуде А и синусу относительного сдвига фаз.