22. Фазовые детекторы (детектор с выходным фнч, квадратурный детектор).

3.8.1.Фазовый детектор с выходным ФНЧ

Фазовый детектор предназначен для формирования выходного сигнала, зависящего от разности фаз входного сигнала и опорного колебания.

На рисунке 3.25 показан фазовый детектор, содержащий перемножитель, опорный генератор синусоидальных колебаний ОГ и ФНЧ.

Пусть сигнал на входе детектора описывается соотношением

где X₀ и φ_n – постоянная амплитуда и изменяющиеся во времени фаза входного сигнала соответственно, ω – частота сигнала.

Рисунок 3.25 – Фазовый детектор с выходным ФНЧ

Пусть на выходе генератора действует опорное колебание, частота которого равна частоте сигнала

где X_Г – постоянная амплитуда.

На выходе перемножителя действует сигнал

Первое слагаемое описывает полезный продукт детектирования, а второе – побочный. Для удаления побочного продукта детектирования служит ФНЧ. Поэтому выходной сигнал детектора равен

где K_Ф – коэффициент передачи ФНЧ. Полученное соотношение справедливо, если коэффициент передачи фильтра для побочного продукта детектирования равен нулю. В противном случае на выходе детектора будет действовать ослабленная составляющая на частоте 2ω.

Из последнего соотношения видно, что выходной сигнал детектора прямо пропорционален косинусу разности фаз входного сигнала и опорного колебания, т.е. имеет место нелинейная зависимость выходного сигнала от фазового сдвига .

При не изменяющемся во времени фазовом сдвиге выходной сигнал детектора равен

Последнее соотношение описывает детекторную характеристику фазового детектора, т.е. зависимость постоянного выходного сигнала детектора от фазового сдвига между немодулированным входным сигналом и опорным колебанием. Детекторная характеристика фазового детектора с выходным ФНЧ – косинусоида – периодическая функция с периодом .

3.8.2. Квадратурный фазовый детектор

На рисунке 3.26 приведена схема квадратурного фазового детектора, содержащего 90-градусный фазорасщепитель и косинусно-синусный опорный генератор КСОГ.

Пусть на выходах фазорасщепителя действуют две квадратурные составляющие входного сигнала

Пусть на выходах косинусно-синусного опорного генератора существуют колебания

Тогда выходной сигнал детектора определится соотношением

Рисунок 3.26 – Квадратурный фазовый детектор

Таким образом, в случае идеальных ФР и КС0Г на выходе детектора получается только полезный продукт детектирования. При наличии погрешностей этих узлов наряду с полезным продуктом детектирования будет существовать ослабленный побочный продукт.

При не изменяющемся во времени фазовом сдвиге выходной сигнал детектора равен

Следовательно, детекторная характеристика квадратурного фазового детектора также является косинусоидой.

23.Квадратурный фазовый детектор с пилообразной детекторной характеристикой.

На рисунке 3.26 показан фазовый детектор с пилообразной детекторной характеристикой . В этом детекторе сигнал w_cn ничем не отличается от выходного сигнала квадратурного фазового детектора, описанного выше

Сигнал определяется соотношением

Рисунок 3.26 – Квадратурный фазовый детектор с пилообразной

детекторной характеристикой

Тогда выходной сигнал детектора определяется следующим соотношением

Учитывая выражения для и , получим детекторную характеристику

.

Детекторная характеристика, рассчитанная по последней формуле, показана на рисунке 3.27. Из рисунка видно, что она представляет собой периодическую функцию фазы, изменяющуюся по пилообразному закону. Ширина линейных участков характеристики равна 2π. Выходной сигнал детектора не зависит от амплитуды входного сигнала и от амплитуд квадратурных компонент колебания КСОГ.

Рисунок 3.27 – Детекторная характеристика фазового детектора,

изменяющаяся по пилообразному закону