Детектування частотно-модульованих коливань
Частотний детектор – це нелінійний радіотехнічний пристрій, в якого напруга на виході змінюється пропорційно зміні частоти ЧМК.
Продетектіровать ЧМК за допомогою амплітудного детектора неможливо. При подачі на вхід АД частотно-модульованих коливань, на виході отримаємо постійну напругу, пропорційну амплітуді ЧМК, складова модулюючої частоти F буде ліквідована. Щоб на виході АД з'явилося складова модулюючої частоти, необхідно заздалегідь перетворити частотно-модульовані коливання в амплітудно-модульоване. Це завдання в частотному детекторі виконує перетворювач вигляду модуляції (ПВМ). Для усунення амплітудної перешкоди на вході ЧД включається обмежувач амплітуди. Амплітудна перешкода, якщо її не усунути, накладеться на вихідний сигнал і спотворить передавану інформацію.
Структурна схема ЧД і форма сигналу в її елементах представлена на мал. 3.68.
Роль обмежувача амплітуди може виконати каскад посилення, що працює в режимі двостороннього обмеження амплітуди. Як ПВМ можна використовувати, в простому випадку, звичайний коливальний контур. Амплітуда напруги на контурі залежить від частоти поданого на нього сигналу (ріс.3.69). В результаті частотно-модульоване коливання перетвориться в амплітудно-частотно-модулірованноє коливання UАМ,ЧМ(t).
Характеристики частотного детектора
Залежність напруги на виході частотного детектора від зміни частоти вхідного сигналу називається його детекторною характеристикою. Якщо детекторна характеристика в робочої області лінійна, те детектування буде лінійним.
Ефективність роботи ЧД оцінюється крутістю детекторної характеристики.
Частотні детектори з двома взаємно засмученими контурами
У цих детекторах як ПВМ використовується двоконтурна система з взаємно засмученими контурами відносно деякої середньої (що несе) частоти fн і два амплітудні детектори (мал. 3.70).
Верхній контур налаштований на частоту ƒ02>ƒН, ніжній налаштований на частоту ƒ01<ƒН.Таким чином, контури симетрично взаємно засмучені відносно тієї, що несе (середньої частоти) ƒН.
При немодульованому сигналі на вході (ƒВХ= ƒН) напруги на контурах рівні U1=U2, отже, рівна і напруга на діодах. Струми діодів при симетрії схеми також рівні і протилежні по напряму |I01|=|I02|. Напруга на резисторах R1 і R2 також рівна і протилежна по знаку |U01|=|U02|. Результуюча напруга на виході детектора дорівнює нулю (мал. 3.71).
Якщо частота сигналу на вході зростає (ƒВХ>ƒН), то напруга на верхньому контурі збільшується, а на ніжнем зменшується. В результаті U02> U01; U0= U0 2- U01>0 (напруга на виході позитивно і змінюється пропорційно зміні частоти вхідного сигналу).
Якщо ƒВХ<ƒН– напруга на виході негативно і змінюється пропорційно зміні частоти вхідного сигналу. Детектори з взаємно засмученими контурами застосовуються при детектуванні широкосмугових ЧМ сигналів з великими індексами модуляції.
Частотний детектор з ПВМ на зв'язаних контурах.
У схемі (мал. 3.72) ПВМ є системою двох контурів, зв'язаних між собою зовнішнім ємкісним зв'язком за рахунок малої ємкості ССВ. Обидва контури налаштовано на одну частоту ƒ0=ƒН.
При розгляді фізичних процесів в схемі частотного детектора вважатимемо, що 1/ωНСФ≈0; 1/ωНСР≈0; 1/ωНС1=1/ωНС2≈0; ωНLДР≈∞; 1/ωНССВ>>ZРК2.
Схема ЧД є два симетрично замкнутих контура, для яких можна по другому закону Кирхгофа скласти рівняння:
Принцип перетворення ЧМ коливань в ЧМ, АМ коливання заснований на зміні фазових співвідношень напруги на контурах при зміні частоти вхідного сигналу.
Розглянемо три випадки:
ƒс=ƒ0.
За умови 1/ωСССВ>>ZРК2, струм зв'язку İСВ випереджає U на 90º. При ƒс=ƒ0 другий контур має чисто активний опір і відповідно U = İСВZРК2 збігається по фазі із струмом İСВ (мал. 3.73).
Користуючись формулами (3.30), визначимо графічно Ud1 та Ud2 (рис. 3.74).| Ud1 |=| Ud2 |; | Ud1 |=| Ud2 |. |. Ця напруга має протилежну полярність, і отже, U0=0.
ƒ′С>ƒ0 Опору ZРК2 набуває активно-ємкісний характер (ріс.3.75). U2 відстає від İСВ на кут ϕ (ріс.3.76).
ƒ``<ƒ0. Опору ZРК2 набуває активно-індуктивний характер (мал. 3.75); U2 випереджає İСВ на кут ϕ (мал. 3.77).
Таким чином, при зміні частоти вхідного сигналу за законом модулюючого сигналу напруга на виході детектора додатково набуває амплітудної модуляції за законом зміни частоти вхідного сигналу.
Частотні детектори на зв'язаних контурах в області частоти, що несе, мають лінійну ділянку детекторної характеристики UВИХ=f(t), проте діапазон частот цієї ділянки малий (декілька одиниць кілогерц). Тому такі детектори використовують у вузькосмугових системах зв'язки з малими індексами частотної модуляції. Це в основному одноканальні радіосистеми.