Частотно-амплитудные детекторы

Рисунок 22.1 – Принципиальная схема ЧД с расстроенным колебательным контуром.

Преобразование ЧМ сигнала осуществляется в колебательном контуре, расстроенном относительно несущей частоты сигнала (). Величину расстройки контура выбирают больше девиации частоты: . При изменении частоты принимаемого сигнала изменяется коэффициент передачи контура по напряжению , в результате изменяется амплитуда напряжения на контуре и ЧМ колебание превращается в амплитудно-частотно-модулированное (АЧМ) . Напряжение с контура подается на линейный АД, на выходе которого получается низкочастотный сигнал .

Рисунок 22.2 – Временные диаграммы работы ЧД, если рабочая точка выбрана на левой ветви резонансной характеристики контура ().

Детекторная характеристика рассмотренного ЧД, представляющая собой зависимость постоянного напряжения на выходе детектора от частоты немодулированного высокочастотного сигнала на его входе, представлена на рисунке 22.3.

Рисунок 22.3 – Детекторная характеристика рассмотренного

ЧД: 1 - ; 2 - .

Недостаток:

- детекторная характеристика имеет значительную нелинейность (т.к. одиночный колебательный контур имеет незначительный линейный участок резонансной характеристики), т.е. характерны значительные несимметричные нелинейные искажения исходного сигнала.

Уменьшения нелинейных искажений добиваются уменьшением добротности контура или применением более сложных схем детекторов.

Рисунок 22.4 – Принципиальная схема ЧД с двумя расстроенными контурами.

Такой ЧД представляет собой два ЧД с одиночными контурами, расстроенных симметрично относительно несущей частоты входного сигнала. -контур первого ЧД настроен на частоту , а -контур – на частоту .

В процессе работы ЧД можно выделить три основных случая:

- частота детектируемого сигнала равна несущей частоте . В этом случае амплитуды напряжений на контурах одинаковы , при этом токи через диоды также равны и создают на резисторах и одинаковые напряжения , а т.к. токи имеют встречное направление, то напряжение на выходе детектора, равно разности этих напряжений ;

- частота детектируемого сигнала выше несущей частоты . В этом случае: , , , ;

- частота детектируемого сигнала ниже несущей частоты . В этом случае: , , , .

Рисунок 22.5 – Резонансные кривые расстроенных контуров.

Детекторная характеристика рассмотренного ЧД представлена на рисунке 22.6.

Рисунок 22.6 - Детекторная характеристика рассмотренного ЧД: 1 – частоты настройки первого и второго контуров: и ; 2 – частоты настройки первого и второго контуров: и .

Достоинства:

- детекторная характеристика имеет значительный линейный участок, благодаря чему детектирование происходит без искажений.

Недостаток:

- сложность в изготовлении и настройке.

 

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ФМ СИГНАЛОВ

Фазовый детектор (ФД) – устройство, в котором входной ФМ сигнал преобразуется в выходное напряжение (или ток), меняющееся по закону модуляции фазы.

Все ФД являются когерентными (требуют обязательного наличия синхронного с частотой сигнала опорного колебания), т.к. выявить фазовый сдвиг в ФМ сигнале можно только путем его сравнения с немодулированным колебанием (опорным). Начальные фазы ФМ сигнала и опорного колебания в общем случае могут и не совпадать. Структурная схема ФД аналогична схеме СД.

Однотактный диодный ФД

Представляет собой обычный диодный АД, на который подается сумма напряжений опорного колебания и сигнала.

Рисунок 23.1 – Принципиальная схема однотактного диодного ФД.

Пусть - опорное напряжение, - детектируемое напряжение, тогда напряжение на диоде: .

Проведем векторное сложение двух напряжений и .

Рисунок 23.2 – Векторная диаграмма.

В результате получаем суммарное напряжение той же частоты, но другой фазы. Его амплитуда зависит от фазы входного напряжения (т.е. происходит преобразование ФМ в АМ):

.

Полученный АМ сигнал детектируется АД. Выходное напряжение ФД:

,

где - коэффициент передачи АД.

Детекторная характеристика ФД – зависимость его выходного напряжения от разности фаз входного и опорного сигнала .

Детекторная характеристика рассмотренного ФД показана на рисунке 23.3 (кривая 1).

Рисунок 23.3 – Детекторные характеристики ФД:

1 – однотактного; 2 – балансного.

Выводы:

- характеристика имеет малый линейный участок вблизи углов , поэтому детектирование сопровождается значительными искажениями;

- выходное напряжение не меняет знака при изменениях фазы.

Балансный диодный ФД

Представляет собой два встречно включенных АД, на которые подаются сумма и разность напряжений опорного колебания и сигнала.

Рисунок 23.4 – Принципиальная схема балансного диодного ФД.

При выбранной полярности напряжений и напряжения на диодах:

,

.

Рисунок 23.5 – Векторная диаграмма.

Пользуясь векторной диаграммой, можно определить амплитуды напряжений на диодах:

,

.

Токи и образуют выходные напряжения плеч противоположной полярности:

,

.

Поэтому выходное напряжение равно их разности:

.

Детекторная жарактеристика рассмотренного ФД показана на рисунке 23.3 (кривая 2).

Выводы:

- наилучшую линейность характеристика имеет вблизи углов , при работе на этих участках детектирование осуществляется практически без искажений;

- знак выходного напряжения меняется при изменении фазы;

- крутизна характеристики балансного ФД в два раза больше крутизны характеристики однотактного ФД.