3.4. Частотные детекторы с преобразованием частотной модуляции в фазовую модуляцию

Преобразование частотно-модулированного колебания в колебание, модулированное по фазе, может быть выполнено с помощью линейной цепи, обеспечивающей линейную зависимость фазы выходного напря­жения от частоты.

Пусть на входе цепи, вносящей задержку , действует ЧМ сигнал

,

частота которого изменяется по закону . Тогда коле­бание на выходе такой линейной цепи имеет вид

. (3.7)

Фазовый сдвиг выходного напряжения относительно входного равен:

, (3.8)

Учитывая, что

,

из (3.8) получим

. (3.9)

Таким образом, при малом значении закон изменения разности фаз ЧМ сигнала на выходе линейной цепи совпадает с законом измене­ния частоты входного сигнала.

При реализации частотного детектора на основе такого представле­ния используются относительно линейные участки фазочастотной ха­рактеристики, например, избирательной цепи с передаточной функцией вида (3.2).

Структурная схема подобного частотного детектора приведена на рис. 3.5. Для поворота фазы входного сигнала на угол /2 используется аналоговый широкополосный фазовращатель. В этом случае детектор­ная характеристика частотного детектора будет проходить через нуль.

Рис. 3.5. Обобщенная схема частотного детектора с преобразованием частотной модуляции в фазовую

Мгновенная разность фаз ЧМ сигнала на входе и выходе избира­тельного контура определяется по фазочастотной характеристике кон­тура для установившегося состояния:

(3.10)

Эта характеристика имеет близкий к линейному участок в области частотных расстроек и, следовательно, может быть использована для преобразования входного ЧМ сигнала в колебание с модуляцией по фазе.

Рис. 3.6. Нормированные амплитудная и фазочастотная характеристики избирательного контура

Отметим, что в колебании на выходе избирательной цепи будет присутствовать сопутствующая амплитудная модуляция. Для устране­ния влияния на форму выходного напряжения сопутствующей ампли­тудной модуляции перед фазовым детектором включают амплитудный ограничитель либо сам фазовый детектор переводят в режим работы с ограничением.

3.5. Частотный детектор на основе аналогового перемножителя

Выходное напряжение частотного детектора, выполненного на ос­нове аналогового перемножителя сигналов, при условии, что сдвиг по фазе между входным и опорным сигналами составляет угол /2, опре­деляется выражением

, (3.11)

где С - масштабный коэффициент аналогового перемножителя.

Детекторная характеристика частотного детектора на основе анало­гового перемножителя в режиме ограничения входного и опорного (t) сигналов будет определяться следующим выражением:

, (3.12)

где - сопротивление и ток в нагрузке детектора.

Рис. 3.7 Схема частотного детектора на аналоговом перемножители с ограничением входного и опорного сигналов

Рис. 3.8. Детекторная характеристика частотного детектора на основе

Схема частотного детектора на основе аналогового перемножителя, где в качестве нагрузки используется фильтр низких частот , при­ведена на рис. 3.7, а детекторная характеристика - на рис. 3.8.

Такие частотные детекторы, как правило, реализуются в составе монолитных интегральных схем, выполняющих функции усиления-ограничения сигналов промежуточной частоты, частотную демодуля­цию сигналов, предварительное усиление и регулировку усиления сиг­налов низкой частоты.