8.9.2 Фазовые детекторы перемножительного типа

Фазовый детектор, по аналогии с преобразователями частоты этого типа, можно представить в виде перемножителя сигналов (опорного и принимаемого), на выходе которого стоит фильтр нижних частот.

Рис. 8.19. Структурная схема ФД перемножительного типа

Покажем, что в этом случае удается осуществить фазовое детектирование сигнала. Напряжение на выходе перемножителя равно:

,

(8.28)

где К_п – коэффициент передачи перемножителя.

Фильтр ФНЧ отфильтровывает напряжение с удвоенной частотой принимаемого сигнала и, таким образом, напряжение на выходе фазового детектора можно представить следующим образом:

,

(8.29)

где – коэффициент передачи фазового детектора.

Такое представление фазового детектора является основой для реализации его на микросхемах. В качестве перемножителя находят применение микросхемы аналоговых перемножителей и балансных модуляторов, например, К526ПС1, К140МА1, а также микросхемы различных усилителей с регулируемым коэффициентом усиления (К174УР, К174УР3, К526УР и т.д.), номенклатура и диапазон рабочих частот которых постоянно увеличивается.

8.10 Частотные детекторы

Частотным детектором называется устройство, дающее на выходе напряжение, величина которого зависит от частоты входного переменного напряжения. Необходимость в применении такого детектора возникает при приеме частотно–модулированных сигналов и в устройствах автоматической подстройки частоты приемника.

Основной характеристикой частотного детектора является его частотная характеристика, которая показывает зависимость выпрямленного напряжения U_вых от частоты входного напряжения f_пр при постоянной амплитуде этого напряжения. Для неискаженного воспроизведения модулирующей функции детекторная характеристика должна обладать достаточной линейностью в диапазоне изменения мгновенной частоты сигнала. Для частотных детекторов, используемых в системах автоподстройки частоты, необходимо, чтобы частотная характеристика ЧД проходила через нуль на некоторой центральной частоте.

По виду преобразования частотные детекторы подразделяются

– на частотные детекторы с амплитудным преобразованием частотной модуляции с последующим амплитудным детектированием;

– частотные детекторы с фазовым преобразованием частотной модуляции и последующим фазовым детектированием;

– частотные детекторы с преобразованием частотной модуляции в импульсные виды модуляции.

8.10.1 Частотные детекторы с амплитудным преобразованием

частоты модуляции

При реализации таких частотных детекторов применяется преобразование частотно–модулированного напряжения в амплитудно–частотно–модулированное колебание с последующим амплитудным детектированием преобразованного напряжения. Структурная схема такого детектора представлена на рис. 8.20.

Рис. 8.20. Структурная схема частотного детектора

Эпюры напряжений, поясняющих работу частотного детектора этого типа, представлены на рис. 8.21.

Рис. 8.21. Эпюры напряжений, поясняющие действие частотного детектора

В качестве преобразователя частотно–модулирующего напряжения в амплитудно–частотно–модулированное можно использовать любую линейную систему, коэффициент передачи которой зависит от частоты. Напряжение на выходе такого преобразователя соответствует напряжению U' на представленных эпюрах напряжений.

Если желательно получить прямолинейную частотную характеристику, то требуется применять такие преобразователи, коэффициент передачи которых линейно зависит от частоты для заданных пределов изменения частоты.

С позиций частотных представлений идеальная дифференцирующая цепь имеет коэффициент передачи (для резонансных цепей ), модуль которой является прямой, проходящей с угловым коэффициентом  к оси ординат, где  – постоянная времени дифференцирующей цепи.

Схемы ЧД этого типа легко реализуются средствами современной микроэлектроники. Например, дифференцирующая цепь может быть выполнена на операционных усилителях (ОУ) с линейной обратной связью, а амплитудный детектор на операционном усилителе с нелинейной обратной связью. В этом случае диапазон рабочих частот ограничен частотными свойствами операционных усилителей.

Подобный частотный детектор может быть реализован, используя скаты частотных характеристик RC, RL и RLC–цепей, выбирая на них относительно линейные участки. В качестве такого частотного детектора рассмотрим детектор с преобразователем ЧМ–АЧМ на колебательном контуре. Возможные рабочие участки для указанного преобразования представлены на амплитудно-частотной характеристике колебательного контура (рис. 8.22).

Рис. 8.22. Амплитудно–частотная характеристика колебательного контура

Принципиальная схема ЧД представлена на рис. 8.23.

Крутизна детекторной характеристики имеет максимальное значение при обобщенных расстройках равных 0,7, т.е. при выборе средней частоты ЧД равной граничным частотам полосы пропускания.

Практически подобный простейший частотный детектор применяют только в системах с узкополосной частотной модуляцией, так как он не обеспечивает высокой линейности и крутизны детекторной характеристики.

Рис. 8.23. Принципиальная схема частотного детектора

В системах с широкополосной ЧМ и в системах автоматической подстройкой частоты используются балансные ЧД с двумя расстроенными контурами. Схема такого частотного детектора показана на рис. 8.24.

Рис. 8.24. Схема частотного детектора с двумя расстроенными контурами

Контура ЧД настроены на частоты f₀₁ и f₀₂, расположенные симметрично по обе стороны от центральной частоты (рис. 8.25).

Рис. 8.25. Настройка контура ЧД

Выпрямленные напряжения амплитудных детекторов, подсоединенных к колебательным контурам, включены встречно. Следовательно, выходное напряжение частотного детектора формируется как разность выпрямленных напряжений детекторов. За счет этого возрастает крутизна частотного детектора и повышается линейность детекторной характеристики. Вид детекторной характеристики представлен ниже на том же рисунке.