13 Частотное детектирование

13.1 Принцип действия и структурные схемы частотных детекторов

Частотным детектором (ЧД) называют устройство, служащее для получения напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения частоты входного сигнала.

Рисунок 13.1 Графики напряжений на входе и выходе ЧД

На входе детектора действует напряжения изменяющейся частоты (рисунок 13.1, а).

Если угловая частота сигнала на входе ЧД меняется, например, по закону (рисунок 13.1, б), где - угловая частота несущего колебания, - девиация угловой частоты входного сигнала, - угловая модулирующая частота, то напряжение на выходе ЧД должно меняться в соответствии с рисунок94, в.

Поскольку спектр напряжения на выходе ЧД содержит частотные составляющие, которых не было в спектре входного сигнала, ЧД нельзя реализовать с помощью линейной цепи с постоянными параметрами, так как на ее выходе не могут возникать новые частотные составляющие.

Частотное детектирование осуществляется в устройствах, соединяющих в себе линейные и безынерционные нелинейные системы.

Принцип частотного детектирования состоит в преобразовании ЧМ-колебания в линейной системе в колебание с другим видом модуляции с последующим детектированием преобразованного колебания безынерционной нелинейной цепью.

Структурная схема ЧД показана на рисунке 13.2, а, амплитудный ограничитель служит для устранения паразитной амплитудной модуляции ЧМ-колебания.

На рисунке 13.2, б дана характеристика детектирования однотактного ЧД , которая не заходит в область отрицательных значений .

Преобразовать ЧМ – колебание можно в следующие виды колебаний:

Рисунок 13.2 Общая структурная схема и характеристика детектирования однотактного ЧД

1. в фазочастотное колебание с последующим фазовым детектированием;

2. в импульсы с переменной скважностью с последующим детектированием импульсным детектором, напряжение на выходе которого пропорционально длительности импульсов, и т.д.

Структурная схема балансного ЧД показана на рисунке 13.3, а, а его характеристика детектирования – на рисунке 13.3,б.

Устройство имеет два детектора преобразованного напряжения и цепь вычитания. Преимущества такого ЧД по сравнению с небалансным следующие:

1. характеристика детектирования более линейная, поскольку четные гармоники в балансной цепи компенсируются;

2. характеристика детектирования проходит через нуль, поэтому напряжение соответствует знаку отклонения звуковой частоты от несущего значения . Это дает возможность использовать балансные ЧД в цепях автоматической подстройки частоты (АПЧ).

Рисунок 13.3 Структурная схема и характеристика детектирования балансного ЧД

13.2 Виды частотных детекторов

13.2.1 Чд с преобразованием отклонения частоты в изменение амплитуды

В таких детекторах ЧМ-колебание преобразуется в АЧМ-колебание в расстроенных относительно несущей частоты резонансных цепях с последующим детектированием амплитудным детектором.

Частотный детектор с одиночным контуром. Преобразование ЧМ-колебания в детекторе (рисунок 13.4), осуществляется в резонансном -контуре на наклонном участке его АЧХ, где зависимость от близка к линейной.

Рисунок 13.4 Частотный детектор с одиночным контуром

Рисунок 13.5 АЧХ ЧД

Таким образом, действие данного вида ЧД происходит с расстроенным относительно частоты сигнала контуром. При использовании наклонного участка АЧХ контура возникает сопутствующая модуляция (рисунок 13.5), при которой закон изменения амплитуды напряжения на контуре соответствует закону изменения частоты входного сигнала.

Напряжение с контура подается на амплитудный детектор, после которого .

Напряжение на контуре

,

где ; - амплитуда тока первой гармоники на выходе АО; - эквивалентное затухание контура.

Тогда

где - коэффициент передачи амплитудного детектора.

Рисунок 13.6 Характеристика детектирования ЧД

Характеристика детектирования, построенная согласно выражению для , показана на рисунке 13.6; она по форме совпадает с АЧХ используемой в ЧД линейной цепи (с резонансной характеристикой колебательного контура).

Балансный ЧД с взаимно – расстроенными контурами. Такой ЧД представляет собой два ЧД с одиночными контурами (рисунок 13.7);

Рисунок 13.7 Балансный ЧД с взаимно – расстроенными контурами

- контур первого ЧД настроен на частоту , превышающую на , а - контур – на частоту , которая на ниже средней частоты входного сигнала . При , , и напряжение на выходе ЧД (рисунок 13.8, а) .

Рисунок 13.8 Графики напряжений на выходе ЧД

При , напряжение на первом контуре становится больше, чем напряжение на втором контуре, и соответственно ; .

При , , напряжение (рисунок 13.8, а).

Выводы:

1. Характеристика детектирования балансного ЧД с взаимно–расстроенными контурами практически симметрична, поэтому при детектировании отсутствуют искажения по второй гармонике.

2. При сильной взаимной расстройке контуров характеристика детектирования становится нелинейной (рисунок 13.8, б).