為了獲得更深入的了解，讓我們進行一些模擬并檢查二極管解調器的操作。假設我們有 V EXC  = 4sin(2π x 2500 xt)。另外，假設在零位，V s1 和V s2的幅值都等于4V；然而，由于給定的磁芯位移，兩個次級繞組上的電壓將變?yōu)椋?br>　　V s1  = 4 x (1+0.3) x sin(2π x 2500 xt)
　　公式1
　　V s2  = -4 x (1-0.3) x sin(2π x 2500 xt)
　　公式2

　　這里，我們假設次次級的幅度與零位幅度相比增加了 1.2 V；第二個次級的幅度也減少了相同的值 (1.2 V)。我們可以使用下面的 LTspice 原理圖來模擬這個示例：

　　圖3
　　在此原理圖中，電壓源 V s1和 V s2是 LTspice“任意行為電壓源”，用于產生等式 1 和 2 給出的電壓。例如，V s1等于節(jié)點 EXC 處的電壓，v( EXC)，乘以因子1加上節(jié)點x處的電壓，即1+v(x)。節(jié)點EXC的電壓為激勵電壓，節(jié)點x的電壓為0.3。由此得出 V s1  = v(EXC) x (1+0.3) = (1+0.3) x 4 x sin(2π x 2500 xt)，與公式 1 相同。

　　二極管 D1 和 D2 是LTspice .model 語句定義的理想二極管。當 R=1 kΩ 且 C=1.5 μF 時，我們得到上半波整流器的以下波形：

　　圖4

　　忽略電壓紋波，節(jié)點 A 的直流值為約 4.66 V。對于下部整流器，我們得到以下波形。

　　圖5
　　節(jié)點B的DC值如預期較小（約2.51V）。輸出是這兩個直流電壓之間的差，并且具有大約2.15V的直流值。輸出的幅度與磁芯位移量成正比?？紤]到輸出的極性，我們知道 |V s1 | > |V s2 |。這揭示了位移的方向。
　　模擬機械帶寬為 250 Hz 的系統(tǒng)
　　現(xiàn)在，我們假設附著在上的物體的運動具有 250 Hz 的正弦波形，來檢查上述系統(tǒng)：
　　運動 = 位移 x sin(2π x 250 xt)
　　由于 LVDT 輸出的幅度隨磁芯位置線性變化，因此我們得出結論，V s1和 V s2可以用以下等式表示：
　　V s1  = 4 x (1+x) x sin(2π x 2500 xt)
　　公式3
　　V s2  = -4 x (1-x) x sin(2π x 2500 xt)
　　公式4
　　其中 x 是 250 Hz 的正弦曲線。假設對于給定的 LVDT，x 的幅度為 0.3。因此，我們有
　　x = 0.3 x sin(2π x 250 xt)

　　我們可以使用下面的 LTspice 原理圖來模擬這個示例：

　　圖6

　　除了V s1和V s2的幅度變化遵循正弦波形(v(x)=0.3×sin(2π×250×t))之外，這與前面的示例相同。節(jié)點 out1 和 A 處的電壓如下所示。

　　圖7
　　正如您所看到的，次級兩端的電壓是一個正弦波形，其幅度由磁芯位置調制（在我們的模擬中，幅度實際上由 x 調制，假設 x 是磁芯位置的函數(shù)）。這就解釋了為什么用于提取位置信息的電路被稱為解調器。

　　對于下部整流器，我們得到類似的波形，如圖 8 所示。

　　圖8

　　下圖中的紅色曲線顯示了終的輸出（V out  = V(a)-V(b)）。

　　圖9
　　盡管輸出信號有一些突變，但它看起來像是 x 的放大版本，它是位移的函數(shù)。

　　因此，調制器輸出似乎為我們提供了預期的位置。為了驗證這一點，我們可以使用 LTspice 的 FFT 功能來查找輸出電壓的頻率內容。如圖 10 所示。

　　圖10
　　輸出 FFT 顯示主要頻率分量位于 250 Hz，這是物體運動的頻率。還有一些高頻分量可以通過信號調理電路后續(xù)級中的低通濾波器進行濾除。
　　二極管半波整流器的局限性
　　上述模擬結合了理想二極管模型?，F(xiàn)實世界的二極管表現(xiàn)出非零正向壓降。在 LVDT 輸出幅度相對較小的情況下，這可能會導致非線性誤差。為了避免二極管 IV 特性的非線性區(qū)域，即使磁芯處于距零位的距離時，LVDT 次級的幅度也應大于二極管的正向壓降。
　　請記住，當磁芯處于滿量程位移時，次級線圈之一的電壓處于值。對于某些微型和特種 LVDT，輸出幅度可能相對較小，并且二極管正向電壓可能會導致問題。
　　此外，二極管的正向壓降是溫度的函數(shù)（硅的溫度系數(shù)約為 -2.2 mV/°C）。正向壓降甚至會隨著焊接過程引起的機械應力而變化。另一種可能導致機械應力的機制是二極管本體和電路板之間的熱膨脹系數(shù)差異。因此，為兩個 LVDT 輸出提供充分匹配的整流器可能具有挑戰(zhàn)性。
　　除了二極管的正向壓降之外，兩個路徑的阻抗也應該匹配，以避免兩個次級響應之間出現(xiàn)不必要的不??匹配。
　　精密整流器

　　為了規(guī)避二極管整流器的限制，我們可以使用精密整流器（如圖 11 所示）來獲取每個 LVDT 次級的直流值。

　　圖11
　　盡管精密整流器可以克服簡單二極管整流器的挑戰(zhàn)，但它也有其自身的局限性，例如噪聲抑制能力很小。在下一篇文章中，我們將更詳細地了解該電路并討論 LVDT 應用的同步解調器。