Демодуляция частотно-модулированных колебаний.

Как указывалось выше для построения демодуляторов для ЧМ и Ф-модуляций необходимы дополнительные преобразования ЧМ в АМ и ФМ в АМ. Далее предъявляются все требования как и к АМ-демодуляторам.

Для преобразования ФМ и ЧМ - модуляций в амплитудную модуляцию используются различные частотно-зависимые цепи, например цепи RC, RL или LC. Такие цепи при определённых соотношениях между параметрами обладают дифференцирующими или интегрирующими свойствами, благодаря чему напряжения, снимаемое с того или иного элемента, будет либо пропорционально, либо обратно пропорционально частоте.

Связь между входным и выходным напряжением частотно зависимой цепи определяется чувствительностью цепи к напряжению:

(3.59)

Поскольку δ_U(ω) представляет собой амплитудно-частотную характеристику цепи, применённой для демодуляции, то важным критерием её оценки служит крутизна и линейность рабочего участка.

Крутизна является чувствительностью демодулирующей цепи к частоте:

(3.60)

Оценку линейности, даваемую частотно-зависимой цепью, целесообразно проводить при помощи разложения δ_U(ω) в ряд Тейлора. Удовлетворительные результаты при выборе частотно-зависимых цепей с высокой чувствительностью даёт усилитель высокой частоты с расстроенным колебательным контуром в анодной цепи.

Простейшие дифференцирующие и интегрирующие цепи менее чувствительны.

Наличие нелинейных искажений в демодуляторе с использованием усилителей заставляет во всех ответственных значениях использовать симметричные или двухтактные демодулятора. Эти устройства позволяют сделать чувствительность демодулятора более постоянной, причём под чувствительностью понимается отношение

Пример такого демодулятора для выделения сообщения из ЧМ-сигнала приведён на рис. 3.22.

Рис. 3.22 Симметричный демодулятор ЧМ-сигнала

На схеме изображены два колебательных контура 1 и 2, настроенные обычно на крайние значения частоты, равные ω₀+Δω и ω₀-Δω. Контуры преобразуют ЧМ-сигнал в АМ. Далее все расчёты ведутся как приведено выше для амплитудных демодуляторов. После фильтрации емкостями С1 и С2 на сопротивлениях R1 и R2 будут напряжения U' и U'', направленные встречно в соответствии с направлением токов после выпрямления, показанных стрелками.

Таким образом, выходное напряжение является разностью двух составляющих, т.е. Uвых=U'-U''. Это означает, что результирующая характеристика демодулятора, отображающая зависимость Uвых=f(ω) может быть получена в результате вычитания двух резонансных кривых, как на рис. 3.23.

Рис. 3.23. Результирующая характеристика ЧМ демодулятора

При таком способе получения результирующей характеристики она приближается к линейной, особенно на её среднем участке.

Демодуляция колебаний модулированных по фазе

Одним из распространённых типов фазового демодулятора является так называемый дифференциальный демодулятор (симметричный), который в виде самостоятельного измерительного устройства известен как диодный фазометр (рис 3.24)

Рис. 3.24. Симметричный демодулятор ФМ – сигнала

В демодуляторе напряжение U₂вх поступает к обоим диодам Д1 и Д2 через трансформатор Т2 синфазно, когда как напряжение полу обмоток трансформатора Т1 подаётся на диоды в противофазе.

Предположим, что на вторичной обмотке трансформатора Т2 напряжение изменяется по закону:

U₂=U₂msin(ωt+φ),

тогда как напряжение на обеих половинках обмотки трансформатора Т2 будет:

U₁'=U₁msinωt

U₁''=- U₁msinωt

Теперь в цепи диода Д1 будет действовать сумма напряжений, а в цепи диода Д2 - их разность.

Обозначив эти напряжения U_д1 и U_д2 и считая U₁m=U₂m=Um, получим:

U_д1 = Um[sin(ωt+φ)+sinωt];

U_д2 = Um[sin(ωt+φ)-sinωt];

Положив φ=0, получаем:

U_д1 = 2Umsinωt;

U_д2 = 0.

При φ=π/2 будем иметь:

U_д1 = Um(sin(ωt+cosωt];

U_д2 = Um(-sin(ωt+cosωt];

и при φ=π, найдём, что

U_д1 = 0

U_д2 = -2Umsinωt=2Umsin(ωt+π).

Выходное напряжение ФМ - демодулятора, как и в случае ЧМ - демодулятора равно разности выпрямленных падений напряжений на сопротивлениях R1 и R2.

Характеристику демодулятора построим по амплитуде напряжений Uд1 и Uд2, т. к. при φ=0 к первому диоду приложена амплитуда 2Um, а на втором диоде напряжение равно нулю. При φ=π всё происходит наоборот, а при φ=π/2 напряжения на обоих диодах одинаковы и равны Um. В результате после выпрямления кривая выходного напряжения будет симметрична относительно осей, проходящих через точку φ=π и U=0. (рис. 3.25). Результирующая характеристика получается линейной. Однако при этом должно соблюдаться условие полного равенства амплитуд всех напряжений, подводимых к обоим трансформаторам.

Рис. 3.25. Характеристика дифференциального (симметричного) ФМ - демодулятора.