9.11. Мостовой фазовый детектор

Диоды и резисторы часто комбинируют в мостовые схемы, позволяющие определить разности фаз или частот двух сигна­лов. Такие схемы известны под названием фазовых частотных детекторов; их используют в различной передающей и прием­ной аппаратуре, а также в приборах управления производствен­ными процессами (см. рис. 2.4 и 4.6).

На рис. 9.8 показана основная мостовая схема фазового де­тектора. Предположим, что на входе 1 действует синусоидаль­ный сигнал, который по частоте и фазе необходимо сравнить с импульсным сигналом, приложенным к входу 2. Когда частота или фаза одного сигнала отличается от частоты или фазы дру­гого сигнала, то на зажиме X получают выходной сигнал. Если же такого различия в сигналах нет, то напряжение на выходе отсутствует (эта схема может быть преобразована путем изме­нения полярности включения одного диода таким образом, что на выходе будет формироваться постоянное напряжение, вели­чина которого увеличивается или уменьшается при отличаю­щихся входных сигналах).

Предположим, что при равенстве фаз двух сигналов выход­ной сигнал равен нулю, тогда временные диаграммы напряже­ний на диодах Д₁ и Д₂ должны иметь вид, показанный на рис. 9.8, б — г. Положительная полярность синхроимпульсов, по­ступающих на вход 2 (на узел с диодами Д₁ и Д₂), обусловли­вает проводимость обоих диодов. Импульсный ток обоих дио­дов поступает в узел с резисторами R₁ и R₂ и замыкается на землю через конденсатор С₁ (штриховая линия на рисунке). Если проводимость обоих диодов одинакова и мостик уравно­вешен, то на зажимах X и У нет напряжения, поскольку эти зажимы идентичны тем узлам стандартной мостовой схемы, между которыми включается прибор для индикации равнове­сия.

Рис. 9.8. Мостовой фазовый детектор (а) и временные диаграммы напряже­ний на диодах (б — г).

На рис. 9.8,6 показаны составные сигналы на диодах Д1 и Д₂. Такие сигналы получаются, если синхроимпульс поступает на диоды Д1 и Д₂ точно в момент прохождения через нуль си­нусоидального сигнала. Вследствие этого пиковое значение на­пряжения на диоде Дь достигаемое во время положительного полупериода, равно пиковому значению напряжения на Д₂ во время отрицательного полупериода.

При изменении частоты любого из сопоставляемых сигналов между импульсным сигналом и синусоидальным колебанием возникает разность фаз (рис. 9.8, в). Здесь сравнительно с тем, что было на диаграмме на рис. 9.8,6, синусоидальный сигнал сдвинут вправо (запаздывает примерно на 1/4 периода), в ре­зультате чего напряжение положительного пика на Д1 гораздо больше напряжения отрицательного пика на Д₂. Поэтому про­водимость диода Д1 повышается, проводимость Д₂ ослабляется, что нарушает равновесие мостовой схемы и вызывает появление разности потенциалов в точках X и У.

Аналогично этому, если синусоидальное колебание смещает­ся влево (рис. 9.8,г), импульс на диоде Д1 имеет положитель­ную полярность и совпадает с отрицательной полуволной сину­соидального колебания. Однако на диоде Д₂ импульс отрица­тельной полярности накладывается на отрицательную полувол­ну синусоидального колебания, вследствие чего проводимость Д₂ возрастает. В результате между точками X и У опять появ­ляется разность потенциалов, но обратной полярности. Поэтому выходное напряжение, возникающее при наличии разности фаз, может быть подано на реактансную схему (см. гл. 12), которая обеспечивает увеличение или уменьшение частоты генератора с регулируемой частотой или другой схемы, за счет чего осуще­ствляется корректировка любого смешения частоты или фазы контролируемого сигнала. Конденсатор C_t (или другие фильтро­вые схемы) снижает уровень пульсирующих составляющих и обеспечивает постоянство уровня выходного сигнала, так что последний может служить в качестве источника смещающего напряжения для целей корректировки.