СПИ / Лекция №13

Лекция №13

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

Различают два вида детектирования импульсных сигналов.

Детектирование радиоимпульсов - выделение огибающей каждого радиоимпульса (РИ).

Пиковое детектирование - выделение огибающей всей последовательности РИ.

Пиковое детектирование может осуществляется в два этапа: вначале детектируется каждый радиоимпульс, а потом в видеоусилителе происходит пиковое детектирование последовательности видеоимпульсов.

Обычно интервал между импульсами много больше _и, поэтому детектирование каждого радиоимпульса можно рассматривать независимо.

Искажение формы импульсов при детектировании характеризуют длительностью фронта и среза видеоимпульса.

t_c - интервал, за который напряжение в нагрузке уменьшиться до 0.1 U_н

t_с  2,3R_нC_н (5.37)

С_{min н} = 5...10 С_д.

В пиковом детекторе постоянную времени детектора выбирают из условия (5.35).

5.7 АМПЛИТУДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

Прием сигналов с ЧМ или ФМ может сопровождаться нежелательными изменениями амплитуды сигналов. Для устранения этих изменений применяют амплитудные ограничители (АО).

АО состоят из НЭ и частотно селективной цепи. Естественно, что АО не должен искажать угловую модуляцию сигнала.

Для этого полоса пропускания его селективных цепей должна быть больше ширины спектра ЧМ сигнала. Качество АО характеризует его амплитудная характеристика - зависимость U_вых. от U_вх.

2 - для идеального АО, 1 - для реального АО.

Для оценки эффективности ограничителя используют отношение m_вх. / m_вых. - чем больше это отношение, тем эффективней АО.

Рассмотрим схему АО

Выходной контур резонансного усилителя шунтируется двухсторонним диодным ограничителем с порогами Е_з.

При U_вых.<Е_з диоды заперты Е_з и мало шунтируют выходной контур, при U_вых.>Е_з диоды открываются и шунтируют контур, тем самым выходное напряжение меняется в значительно меньших пределах.

Разновидностью диодного АО является схема динамического АО. В схеме 5.16 вместо Е_з включены С_н, R_н с постоянной времени, значительно большей времени изменения амплитуды сигнала.

В результате детектирования сигнала на диодах устанавливается напряжение автоматического смещения Е_з = U_кcos, где U_к - средняя амплитуда сигнала на контуре. Благодаря большой постоянной времени Е_з остается постоянной  при изменении U_к, меняется :

cos = Е_з/U_к;  меняется R_вх. диодов.

В результате при возрастании напряжения на контуре (U_к > E_к) он сильнее шунтируется диодом, а при меньших амплитудах (U_к < E_к) меньше шунтируется, поэтому U_вых. меняется незначительно относительно среднего значения.

В транзисторных АО ограничение происходит в результате отсечки коллекторного тока, с одной стороны и перехода в область насыщения - с другой.

Для уменьшения порога ограничения транзистор работает при пониженном U_п.

₁ = arctg (R_ф + R_э)^-1 - нагрузочная прямая для постоянного тока;

₂ = arctg (R_э)^-1, АСАВ - нагрузочная прямая для переменного тока,

R_Э – эквивалентное резонансное сопротивление контура с учетом всех шунтирующих влияний.

() А выбирается ближе к области насыщения. Несмотря на не синусоидальность коллекторного тока контур С_кL_к выделяет 1^ю гармонику сигнала, следовательно u_вых. - имеет гармонический характер (синусоидальный).

Величина порогового напряжения транзисторных АО U_вх.А.О.  (0.05...0.5)В.

5.8 ФАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ.

В различных радиотехнических системах (РТС) используют сигналы с ФМ – телевидение, СПИ, телеметрия, радиоуправление, т.д.

(t) – изменяемая фаза сигнала, ₀ – начальная фаза.

(t) = – полная фаза сигнала.

Для декодирования ФМК используют устройства, которые называются фазовые детекторы.

Фазовые детекторы (ФД) преобразуют ВЧ напряжение, модулированное по фазе, в напряжение НЧ, изменяющееся по закону модулирующей функции. Т.к. фазовая демодуляция основана на фазовом сравнении двух колебаний, то в составе ФД обязательно наличие источника опорного колебания. В качестве устройства, реагирующего на фазу колебания, можно использовать любой преобразующий прибор, у которого параметр меняется с частотой входного колебания.

Представим ФД в виде 6^ти- полюсника, на который поданы колебания u₁, u₂;

Одно из них, например u₁, - является детектируемым сигналом, а второе u₂ – опорным колебанием.

Напряжение на выходе, пропорциональное разности фаз, можно получить на выходе перемножителя сигналов u₁ и u₂

. (1)

К – коэффициент передачи ФД,  - мгновенное значение разности фаз сигнала и опорного колебания.

 можно разложить на две составляющие

 _ - обусловлена разностью частот ₁ и ₂ ,

 ₀ - обусловлена разностью начальных фаз ₁ и ₂.

При демодуляции ФМ сигналов в ФД ₁ должно равняться ₂. Одно из напряжений (сигнальное или опорное) имеет постоянный угол сдвига /2, чтобы выходное колебание было пропорционально sin , т.е.

.

При малых  sin  , тогда

, т.е. u_вых. пропорционально  и соответствует модулирующей функции сигнала u₁.

Основной характеристикой ФД является детекторная характеристика - зависимость u_вых. ФД от разности фаз  сигнала и опорного колебания. Детекторная характеристика описывается выражением (1) и имеет вид:

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФД:

 крутизна характеристики , в () max значения S при заданных u_m1 и u_m2;

 коэффициент передачи ФД .

Искажения модулирующей функции на выходе ФД зависят от линейности рабочего участка детекторной характеристики.

ТИПЫ ФД

1. Балансный ФД – соединение небалансных, так что выходные напряжения образуют разность продетектированных сигналов. На входы детекторов поданы напряжения: u₁ – приложено к диодам противофазно, u₂ – синфазно.

Амплитуды напряжений на диодах можно определить, как

,

, (2)

Напряжения U_д1 и U_д2 детектируются и создают на нагрузке детектора напряжения U_вых.1 = К_дU_д1 и U_вых.2 = К_дU_д2 . В соответствии с (2) результирующее напряжение будет:

, (3)

Вид ДХ зависит от соотношения амплитуд U₁ и U₂. ДХ наиболее линейна на интервале [0,] при равенстве U_m1= U_m2 . При U_m2  U_m1

, (4)

Видно, что детекторная характеристика не зависит от U_m2 и линейно зависит от амплитуды меньшего сигнала U_m1, и от разности фаз  между u₁ и u₂.

Т.к. U_вых. линейно зависит от U_m1, его можно использовать и для амплитудного детектирования – так реализован синхронный детектор. Опорное напряжение, при этом, должно быть засинхронизировано с входным U сигнала с точностью до фазы. Напряжение u_вых. = max, при  = 0, (cos = 1); u_вых. = 0, при  = /2, (cos = 0); u_вых. = -max, при  = .

Детектор симметричен по отношению к входам и все равно, куда подавать U_с, а куда U_оп.

В тех случаях, когда к ФД предъявляется требование подавления комбинационных частот, отличающихся от ₁ - ₂. Тогда применяют кольцевой ФД. Его можно рассматривать как 2 балансных работающих на одну нагрузку. u_вызх. кольцевого ФД < u_{вых.бал.} ФД примерно в 2 раза. Но за счет диагональных диодов VD3, VD4 компенсируются четные гармоники входных сигналов.

Коэффициент передачи ФД можно увеличить, применив вместо диодов транзисторы. Транзисторы работают в ключевом режиме. u₁ подано на затворы V1 и V2 в противофазе, u₂ – на стоки V1, V2 в фазе. Можно использовать БФД на двух-затворном транзисторе типа 2П350А.

Такой ФД подобен балансному транзисторному преобразователю частоты, рассмотренному ранее. Отличие состоит в том, что вместо избирательной системы, настроенной на f_ПЧ в ПЧ, в ФД включен ФНЧ на RC цепи. На детектор подаются U_с и U_оп:

Мы с вами получили выражение для ДХ ФД (4) – и установили, что u_вых. не зависит от U₂ (U_оп). Если тепрь устранить зависимость u_вых. от U₁, то u_вых. будет зависеть только от cos - т.е. будет чисто ФД. Для этого из U₁ = U_с – формируют прямоугольные сигналы, используя двухсторонние ограничители или формирователи сигналов.

В интегральном исполнении широкое распространение получили двойные БФД. Например, 174ПС1 (до 200МГц), 174ПС4 (до 1000МГц).

Самостоятельно стр. 158  160 учебник Буга. Принцип действия.