2.3. Демодулятор

Задачей демодулятора является преобразование переменного сигнала в переменный. Другими словами можно сказать, что демодулятор служит для получения постоянного сигнала после поступления на вход демодулятора переменного сигнала различной амплитуды и фазы, отличающейся от фазы опорного сигнала U_оп.

Рассмотрим возможные схемы демодуляторов, создаваемых на основе так называемых фазочувствительных выпрямителей.

2.3.1. Фазочувствительные выпрямители (фазовые детекторы)

Фазочувствительные выпрямители (ФЧВ) обеспечивают получение постоянного выходного сигнала, пропорционального фазовому сдвигу между двумя переменными сигналами, имеющими одну частоту.

Другими словами, при фиксированных действующих напряжениях переменных сигналов (входного U_вх~ и опорного U_оп~) на выходе ФЧВ получается постоянное напряжение U_вых=, величина которого зависит от разности начальных фаз

 = _вх – _оп. (5)

Поскольку результирующий сигнал на выходе устройства зависит от фазового сдвига между двумя переменными сигналами, данное устройство относится к разновидности фазового детектора. Сигнал на нагрузке таких схем зависит не только от амплитуды входного сигнала, но и от разницы фаз его и опорного напряжения. На выходе ФЧВ имеется RC-фильтр, устраняющий пульсации тока и напряжения на нагрузке.

2.3.2. Фчв на диодах

Рассмотрим фазочувствительный выпрямитель на диодах (рис. 3, а). При отсутствии входного сигнала (U_вх~ = 0) и наличии опорного напряжения U_оп~, токи, проходящие через диоды и сопротивления R₁ и R₂, будут одинаковыми и, следовательно, U_н = 0.

Рис. 3. Схема ФЧВ на диодах (а), модель EWB (б) и осциллограммы при  = 0^o (в)

В самом деле, при положительной полуволне ˝+˝ на контакте 1 и ˝–˝ на контакте 6 ток идет по контуру 1: 6→1→2→VD1→3 →6 и по контуру 2: 6→1→5→VD2→4→6, т.е. в точках 3 и 4 одинаковые потенциалы.

Аналогично можно проанализировать и при отрицательной полуволне.

Если появляется входной сигнал U_вх~ с фазой, совпадающей (не совпадающей) с опорным сигналом, то его составляющие U_вх1~ и U_вх2~ будут складываться (вычитаться) с напряжением опорного сигнала U_оп~, и токи через сопротивления R₁ и R₂ будут неодинаковыми, и поэтому U_н  0. Например, при нулевой фазе входного сигнала имеем: ток по контуру 1 больше, чем по контуру 2, и поэтому потенциал в точке 3 будет выше, чем в точке 4.

Если фаза входного сигнала изменяется на 180^о, то напряжение U_н изменяет полярность (потенциал в точке 4 больше, чем в точке 3).

2.3.4. Фчв на транзисторах

Схема фазочувствительного выпрямителя (демодулятора) на биполярных транзисторах, показанного на рис. 4, используется в авторулевых и предназначена для преобразования сигнала переменного тока изменяющейся фазы, поступающего усилителя переменного тока, в сигнал постоянного тока (напряжения) изменяющейся полярности.

ФЧВ выполнен по схеме демодулятора и состоит из транзисторов VТ1, VТ2. Транзисторы имеют один тип электропроводности (n-p-n). Резисторы R₁ и R₂ служат для регулирования величины тока через транзисторы.

Рис. 4. Схема исследования ФЧВ на транзисторах (а) и осциллограммы при  = 0 (б)

Ток в резисторе нагрузки R_н будет протекать:

− cлучай I: от контакта 5 к контакту 6 в случае нормального (активного) включения транзистора VT24 (эмиттерный переход - прямо; коллекторный обратно-включенный, на коллекторном контакте 2 - +, на контакте 3 р-базы +, на эмиттерном контакте 4 - −);

− случай II: от контакта 6 к контакту 5 в случае инверсного включения транзистора VT2 (эмиттерный переход - закрыт; коллекторный прямо-включенный, на коллекторном контакте 2 − –, на контакте 3 р-базы +, на эмиттерном контакте 4 - +);

− случай III: от контакта 6 к контакту 5 в и случае режима двойной инжекции VT2 (эмиттерный переход - открыт; коллекторный – открыт, на коллекторном контакте 2 - −, на базе +, на эмиттерном контакте 4 - −).

Рассмотрим различные варианты (рис. 5; табл. 1).

Допустим, что входное напряжение U_вх и опорное напряжение U_~оп имеют положительную полуволну (интервал времени 0-1) при нулевом сдвиге фаз между ними (рис. 4, а; рис. 5, а). Имеем на контакте 1 (n-коллектор) − +, на контакте 3 (p- базы) - +, на контакте 4 (n- эмиттеры) − −. В итоге получаем:

VT1: переход коллектор – база − смещен в обратном направлении; переход база- эмиттер − в прямом, транзистор открыт и насыщен. Идет ток от + контакта 1 через транзистор к − контакту 4.

VT2: переход коллектор – база − смещен в прямом направлении; переход база- эмиттер − в прямом. Идут токи:

− от + контакта 3 через базу VT2 к его эмиттеру − контакту 4.

− от + контакта 3 через базу VT2 к его коллектору, затем через точку 6, резистор R28, точку 5, на − контакт 2 (рис. 4, а).

При сдвиге фаз между входным напряжением U_вх и U_оп  = 90^o или  =180 ^о (рис. 8) выходной ток будет изменяться.

При отсутствии RC-фильтра ток и напряжение на нагрузке будут выпрямленными, но пульсирующими.

Обычно на выходе ФЧВ установлен RC-фильтр (конденсатор С и R_н); при фильтре – напряжение на нагрузке будет иметь малые пульсации (рис. 4).

Таблица 1

Фаза	Четверть периода (время)	Потенциалы на контактах				Включение p-n-переходов				Ток черезRн
						VT1		VT2
		1 (n) вх	2 (n) вх	3 (р) оп	4 (n) оп	К(1n)− Б(3p)	Б(3p) − Э(4n)	Б(3p) − Э(4n)	К(2n) − Б(3p)
0	I четверть (0-2)	+	−	+	−	нет	откр	откр	откр	
	II четверть (2-4)	+	−	+	−	нет	откр	откр	откр	
	III четверть (4-6)	−	+	−	+	нет	закр	закр	закр	Нет
	IY четверть (6-8)	−	+	−	+	нет	закр	закр	закр	Нет

Рис. 5. Временные диаграммы напряжения на выходе ФЧВ при различных 