СПИ / Лекция №14

Лекция №14

ЧАСТОТНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

Частотный детектор (ЧД) – устройство, преобразующее частотно – модулированный входной сигнал u_вх в низкочастотный сигнал, напряжение которого изменяется пропорционально модулирующей функции ЧМ сигнала.

В зависимости от принципа действия различают:

 частотно – амплитудные ЧД  преобразование ЧМ в АМ u_вых. с последующим амплитудным детектированием;

 частотно – фазовые ЧД  преобразование ЧМ в ФМ с последующим фазовым детектированием;

 частотно - импульсные ЧД  преобразование ЧМ в последовательность прямоугольных импульсов, f которых пропорциональна изменению f_с относительно f₀. Напряжение на выходе можно сформировать при помощи счетчика импульсов. Такие ЧД называются импульсно - счетными.

Характеристика частотного детектора представляет собой зависимость u_вых. от f_с, при постоянной амплитуде напряжения входного сигнала.

Качество детектирования определяется линейностью рабочего участка ЧД (АБ). Размах ХД ЧД 2f – характеризует возможность детектирования ЧМ сигналов с полосой  2f.

Крутизна ЧД

.

ТИПЫ ЧД

 ЧД – с одиночным расстроенным контуром;

 ЧД – с двумя расстроенными контурами балансного типа;

 балансный ЧД с двумя настроенными контурами с преобразованием ЧМ в ФМ и дальнейшим ФД детектированием;

 дробный ЧД или детектор отношений;

 ЧД на линии задержки или автокорреляционный ЧД;

 цифровые ЧД.

ЧД с одиночным расстроенным контуром – относится к типу ЧД с преобразованием ЧМ в АМ и последующим диодным детектированием АМК.

Недостатки: малая крутизна преобразования, большие искажения, малый размах линейной части ХД.

Достоинства: простота.

Существенное  искажений,  полосы частот может быть получено при применении двухконтурного ЧД с балансным включением нагрузок амплитудных детекторов.

При  f_с, частота сигнала приближается к частоте настройки первого контура и удаляется от резонансной частоты второго контура. Напряжение на первом контуре , а на втором . При понижении частоты сигнала, наоборот u_к1 , u_к2 . Сигнал с ЧМ преобразуется в амплитудно – частотно – модулированный.

С контуров напряжение подается на амплитудные детекторы. Напряжение на выходе ЧД представляет собой разность напряжений u₁- u₂

,

К_Д – коэффициент передачи диодного детектора;

,

,

где f₁ = f₀ - f, f₂ = f₀ + f – абсолютные расстройки контуров при девиации сигнала f;

- резонансное напряжение на каждом из контуров u_к1, u_к2;

, - обобщенные расстройки контуров относительно друг друга. Для симметрии ДХ  ₀₁ = ₀₂ = ₀; т.е. полосы пропускания обоих контуров должны быть одинаковыми. Тогда для любой девиации f соответствует обобщенная расстройка

.

С учетом этого

,

где ,

() - функция обобщенной расстройки – нормированная детекторная характеристика ЧД.

На рис.5.26 приведена правая ветвь ДХ.

Наибольшая крутизна у ЧД с расстройкой . Наибольшая линейность при ; (; т.е. при П₁ = П₂ = fd_эк.)

Для получения максимального размаха линейного участка (при приемлемой нелинейности) нужно выбирать ₀ = 23.

Рассмотрим балансный детектор со связанными контурами

БД со связанными контурами относится к типу частотно-фазовых. Преобразователем модуляции является цепь из контуров L1C1 и L2C2, настроенных на среднюю частоту принимаемого сигнала. При отсутствии модуляции напряжение на втором контуре U₂ сдвинуто на 90 по отношению к U₁ – напряжению на 1^ом контуре, и при ЧМ между U₁ и U₂ появляется дополнительный сдвиг , пропорциональный изменению частоты. Покажем это на векторных диаграммах.

Исходным вектором возьмем вектор U₁. Ток в L1, I_L1 отстает от U₁ по фазе на 90. Этот ток наводит во втором контуре ЭДС = -jMI_L1 под действием которого возникает ток I₂. На резонансной частоте I₂ совпадает по фазе с Е. Он создает на L₂ напряжение U₂, опережающее по фазе ток I₂ на 90. Поэтому на f₀ U₁ и U₂ сдвинуты ровно на /2.

; .

Напряжение на выходе определяется разностью выпрямленных напряжений на диодах

U_вых. = (U_д1-U_д2)К_д .

При отсутствии ЧМ U_д1 = U_д2  U_вых. = 0.

Изменение частоты относительно f₀ приводит к

U_д1U_д2 при f  f₀ и

U_д1U_д2 при f  f₀

появлению на выходе напряжения пропорционального отклонению (девиации) частоты от f₀.

Детектор с расстроенными контурами и детектор со связанными контурами требуют предварительного амплитудного ограничения сигнала. Можно видоизменить детектор со связанными контурами, таким образом, что он приобретет дополнительные свойства ограничителя.

Для этого меняется полярность одного из диодов, R1, R2 шунтируются С₀ – большой емкости, продетектированное напряжение снимается со средней точки между С1 и С2 и корпусом, средняя точка между R1 и R2 соединяется с корпусом.

Напряжение на диодах по-прежнему определяется теми же векторными диаграммами.

Постоянная составляющая тока обоих диодов протекает в неразветвленной цепи VD2, L_K2, VD1, R1, R2, создавая падение напряжения на резисторах R1, R2 и конденсаторе C₀. Напряжение на С₀ с большой инерционностью равно среднему значению сигнала. Поэтому с изменением амплитуды сигнала изменяется отсечка тока диода, а следовательно и входное сопротивление диодов. Амплитудная модуляция подавляется также, как и в случае АО, шунтирования контуров детектора в зависимости от амплитуды сигнала. Так при А cos, , R_вх. диодных детекторов  и они сильнее шунтируют контуры преобразователя вида модуляции.

При А - идет обратный процесс  cos, , R_вх..

Для предотвращения возможной перекомпенсации амплитудных изменений, обычно включают небольшие резисторы (штрих.), незашунтированные емкостью С₀.

Переменный ток (НЧ) детекторов течет через: VD1, L_К2, L3, R3, C2, и VD2, C1, R3, L3, L_К2, создавая на конденсаторах С1 и С2 напряжения U₁ и U₂ звуковых частот.

При ЧМ соотношения между U_С1 и U_С2 меняются, сохраняя постоянным суммарное значение U_С1 = U_С2 = U₀ = const. Поэтому детектор назван дробным или детектором отношений. Выходное напряжение между () С1, С2 и R1, R2

U_вых. = U_С1 – U_R1 = U_С1 – 0.5 U₀,

т.к. U₀ = U_С1 + U_С2 то U_вых. = 0.5(U_С1 – U_С2), т.е. в два раза меньше, чем в детекторе на связанных контурах.

Дробный детектор нашел применение в дешевых приемниках, TV.

АВТОКОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ЧД