Частотные детекторы. Принцип действия

Частотным детектором называется устройство, служащее для получения напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения частоты входного сигнала. При частотной модуляции (ЧМ) гармоническим сигналом входной сигнал описывается выражением

u_вх=U_вх cosw_вх (t)t,

где w_вх (t)=w_н-Dw_maxcosWt;

w_н – угловая частота несущего колебания,

Dw_max – девиация угловой частоты входного сигнала,

W - угловая модулирующая частота.

На рис. 8.3 показаны соответствующие временные зависимости.

Принцип частотного детектирования состоит в преобразовании ЧМ колебания в линейной системе в колебания с другим видом модуляции с последующим детектированием преобразованного колебания безинерционной нелинейной цепью.

Преобразовать ЧМ колебание можно в колебания следующих видов:

амплитудно – частотно – модулированное (АЧМ), у которого амплитуда меняется в соответствии с изменением частоты колебания при сохранении частотной модуляции. Это преобразование можно осуществить в линейной цепи с реактивными элементами, сопротивление которых зависит от частоты. АЧМ колебания затем детектируются АД;

- фазочастотное с последующим фазовым детектированием.

Очевидно, в конечном итоге в любом случае изменение частоты преобразуется в изменение амплитуды непосредственно или в фазовом детекторе.

Частотный детектор с одиночным контуром.

Простейшим детектором с преобразованием ЧМ – АЧМ является ЧД детектор с одиночным колебательным контуром (рис. 8.4).

Для преобразования ЧМ – АЧМ используется наклонный участок АЧХ контура, где зависимость U_k от f близка к линейной (рис. 8.5). При этом контур расстроен относительно несущей частоты сигнала. Напряжение на выходе ЧД в соответствии с (7.2) и (5.6):

, (8.2)

где cos q - коэффициент передачи АД.

Характеристика детектирования, построенная в соответствии с выражением (8.2), по форме совпадает с отрезком АЧХ используемой в ЧД линейной цепи (в данном случае с отрезком резонансной характеристики контура).

Недостатками этих простейших детекторов являются:

1) недостаточная линейность характеристики детектирования (линейность можно несколько повысить, увеличивая добротность контура);

2) относительно малая крутизна характеристики детектирования;

3) при изменении знака отклонения от несущей частоты, выходной сигнал не меняет знак (характеристика не проходит через 0), следовательно такой детектор нельзя использовать в системе АПЧ (см. ниже).

Эти недостатки устраняются в балансных ЧД.

Балансный частотный детектор с взаимно расстроенными контурами

 

Схема балансного частотного детектора с взаимно расстроенными контурами показана на рис. 8.6 и представляет собой два ЧД с одиночными контурами расстроенными относительно несущей частоты сигнала в разные стороны на одну и ту же величину df. Например, f₀₁=f_н+df; f₀₂=f_н-df. Напряжение на выходе балансного ЧД определяется разностью выходных напряжений одиночных ЧД, т.е. Е_д= Е_д1 - Е_д2.

Результирующая характеристика детектирования (рис. 8.7) балансного ЧД с взаимно расстроенными контурами практически симметрична, следовательно отсутствуют искажения по чётным гармоникам (выше линейность), характеристика имеет большую крутизну и проходит через ноль, отображая не только величину, но и знак отклонения частоты от несущей.

Очевидно, при слишком сильной расстройке между контурами характеристика детектирования становится нелинейной.

 

Вопросы для самопроверки

1. Объясните принцип действия синхронного фазового детектора.

2. Объясните назначение АО при детектировании сигналов с угловой модуляцией.

3. Укажите особенности однотактных и балансных частотных детекторов. В чём заключается их отличие?

4. Поясните принцип работы простейшего ЧД с преобразованием отклонения частоты в изменение амплитуды.

5. Поясните принцип работы балансного ЧД с взаимно расстроенными контурами.

6. Изобразите схему и объясните принцип работы однотактного диодного ФД.

7. Какая зависимость называется характеристикой детектирования ЧД? Чем отличаются характеристики детектирования однотактного и двухтактного ЧД?

8. К чему приведет слишком большая расстройка между контурами в ЧД с взаимно расстроенными контурами? Поясните.

 

9. Почему при прохождении радиотракта приемника частотно-модулированный сигнал приобретает паразитную амплитудную модуляцию?

 

10. Какой зависимостью определяется характеристика детектирования синхронного ФД?