8.9 Фазовые детекторы

Как известно, фазомодулирванное колебание можно представить в следующем виде

.

(8.24)

Для выделения информации содержащейся в изменении фазы применяются фазовые детекторы. В фазовых детекторах для компенсации фазы используется специально генерируемое гармоническое опорное колебание с частотой равной центральной частоте сигнала и информационной составляющей . Эта начальная фаза может быть различной в конкретных применениях. Вид детекторных характеристик фазовых детекторов зависит от многих параметров: амплитуд сигнального и опорного напряжений, характеристик используемых нелинейных или параметрических элементов, способов введения опорного напряжения и схемы фазового детектора.

По последним двум признакам фазовые детекторы делятся:

– на фазовые детекторы векторомерного типа;

– фазовые детекторы коммутационного типа;

– фазовые детекторы перемножительного типа.

В первом случае образуется векторная сумма опорного и сигнального напряжений. Результирующее напряжение, амплитуда которого зависит от фазового сдвига между опорным и сигнальным напряжениями, подвергается амплитудному детектированию, в результате чего выделяется (с некоторыми искажениями) информационная составляющая фазы сигнала, если опорное напряжение обладает достаточной фазовой стабильностью а, следовательно, и частотной стабильностью.

Положим, что начальная фаза опорного напряжения равна нулю, а фаза сигнала, отсчитываемая от фазы опорного напряжения, – .

Тогда можно записать

,

(8.25)

Рис. 8.12. Диаграмма напряжений

Из представленной векторной диаграммы следует, что результирующее напряжение можно представить в виде

.

(8.26)

Пусть выполняется условие, при котором амплитудный детектор всегда остается линейным и безынерционным с коэффициентом передачи детектора равным К_д. При фазовом детектировании всегда выполняется условие, что амплитуда опорного напряжения намного больше амплитуды сигнала ( ).

С учетом всего вышесказанного можно получить:

.

(8.27)

Детекторная характеристика фазового детектора, соответствующая вышеприведенному выражению, представлена на рис. 8.13.

Рис. 8.13. Детекторная характеристика фазового детектора

Как видно из приведенной детекторной характеристики, последняя зависит от соотношения U_с/U₀. В окрестностях углов /2 и 3/2 на ней можно выделить относительно прямолинейные участки, пригодные для детектирования фазомодулированных сигналов. Детекторная характеристика фазового детектора периодична с периодом 2.

Простейший однотактный векторный фазовый детектор не отличается высокими качественными показателями – крутизной и линейностью детекторной характеристики. Поэтому применяются балансные фазовые детекторы, построенные по схеме и принципу аналогичному балансным преобразователям частоты (рис. 8.14).

Рис. 8.14. Принципиальная схема балансного фазового детектора

Диоды VD1 и VD2 амплитудных детекторов включены однополярно, а нагрузки – встречно. Выходное напряжение U_вых образуется как разность напряжений, создаваемых каждым амплитудным детектором.

Напряжение сигнала приложено к диодам противофазно, а опорное – синфазно. Соответствующие векторные диаграммы представлены на рис. 8.15.

Рис. 8.15. Векторные диаграммы напряжений сигналов

Результирующая детекторная характеристика балансного фазового детектора имеет вид, представленный на рис. 8.16.

При = /2 (3/2) детекторные характеристики линейны и проходят через нуль, что весьма важно при применении фазового детектора в автоматических регуляторах частоты и фазы.

Следует отметить, что балансная схема фазового детектора весьма часто применяется в приемных устройствах.

Рис. 8.16. Результирующая детекторная характеристика балансного фазового детектора