Тема 12. Назначение, структурная схема фазовых детекторов
Фазовым детектором (ФД) называют устройство, служащее для создания напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения фазы входного напряжения.
Если на входе ФД действует напряжение
,
то продетектированное
напряжение
.
Положим, на входе ФД действует напряжение (рис.111, а), тогда напряжение на выходе ФД должно иметь вид рис.111, б.
Рисунок 111 – Графики напряжений на входе и выходе ФД
Рассмотренный случай является типичным для фазового телеграфирования, при котором начальные фазы паузы и посылки отличаются на 180.
При ФМ фаза плавно изменяется в соответствии с передаваемой информацией. Так как в спектре напряжения на выходе ФД имеются частотные составляющие, которых не было в спектре напряжения , то для реализации ФД нельзя использовать линейную систему с постоянными параметрами.
Фазовое детектирование нельзя также осуществлять с помощью безынерционной нелинейной системы. Например, постоянная составляющая тока диодного детектора зависит только от амплитуды входного напряжения и не зависит от его фазы и частоты. Поэтому ФД можно выполнять на основе линейной системы с переменными параметрами (параметрической системы).
Структурная схема ФД показана на рис.112. Эта схема совпадает со структурной схемой преобразователя частоты; отличие состоит лишь в том, что частота гетеродина (опорное напряжение)
.
Под действием
опорного напряжения
меняется активный параметр схемы, обычно
крутизна
.
Рисунок 112 – Структурная схема ФД
Схема ФД совпадает также со схемой параметрического АД, поэтому продетектированное напряжение на выходе ФД
,
(12.1)
где - амплитуда первой гармоники крутизны тока преобразовательного элемента;
.
В зависимости от вида нелинейной цепи и способа ее включения различают однотактные, балансные и кольцевые фд.
В качестве нелинейного элемента используют диоды и транзисторы.
Виды фазовых детекторов
Однотактный диодный ФД. Детектор выполнен по однотактной схеме (рис.113).
Рисунок 113 – Однотактный диодный ФД
Для осуществления
фазового детектирования к диоду
прикладывается входной сигнал и опорное
напряжение; напряжение
на выходе ФД определяется выражением
(12.1), полученным при
.
Характеристика детектирования диодного ФД, согласно (12.1), близка к косинусоиде.
Принцип действия
ФД по схеме
рис.112 можно пояснить, рассматривая его
не как параметрическую цепь, а как
систему с амплитудным детектированием
суммы двух гармонических колебаний (
)
(рис.114, а).
На входе такого АД действует суммарное напряжение
.
Рисунок 114 – К вопросу принципа действия ФД
Эти два колебания имеют одинаковую частоту, но разные фазы.
В результате векторного сложения двух напряжений (рис.114, б) получают напряжение той же частоты, но другой фазы.
Амплитуда суммарного колебания
.
Напряжение на выходе АД с коэффициентом передачи
.
(12.2)
Согласно (12.2),
напряжение
на выходе ФД зависит от
входного сигнала; вид зависимости
от
определяется отношением
.
В общем случае характеристика детектирования существенно отличается от косинусоиды (рис.115, а).
Рисунок 115 – Характеристики детектирования ФД
Если , то
.
Таким образом, при малых амплитудах входного сигнала характеристика детектирования однотактного диодного ФД имеет косинусоидальную форму.
Если
,
то
;
в этом случае характеристика детектирования представляет собой циклоиду (рис.115, б), сильно отличающуюся от косинусоиды.