5.7. Фазовые модуляторы

Реактивный полевой транзистор VT1, с помощью которого осуществляется изменение резонансной частоты контура, включен параллельно контуру L1C4 усилителя, собранного на транзисторе VT2. Сигнал на усилитель подается от стабильного и независимого генератора с частотой ω1 через конденсатор связи С3. Конденсатор С1 и резистор R1 являются элементами реактивного полевого транзистора. Емкость С2 является блокировочной. Она представляет собой короткое замыкание для токов высокой частоты и очень большое сопротивления для модулирующего сигнала с частотой Ω.

Все сказанное о работе реактивного транзистора в подразд. 5.5.1 полностью остается применимым и к случаю фазового модулятора, лишь с той разницей, что изменение резонансной частоты контура приводит не к изменению частоты генерации, а к изменению фазы напряжения на контуре.

Связь между относительным изменением резонансной частоты контура ∆ω/ωP и фазовым изменением легко может быть представлена на основании выражения для фазовой характеристики контура.

Достоинство рассмотренного фазового модулятора – это возможность обеспечения высокой стабильности средней частоты путём применения кварцованного задающего генератора. Недостаток – малые значения θmax.

Получить θmax= (100-200)0 позволяют импульсно-фазовые модуляторы.

5.7.2. Импульсно-фазовый модулятор (ИФМ). Схема импульсно-

фазового модулятора представлена на рис. 5.40, а временные диаграммы, поясняющие её работу,– на рис. 5.41.

Рис. 5.40. Структурная схема импульсно-фазового модулятора

99

следящий фильтр или систему фазовой автоподстройки частоты, которая более надежна и легко реализуется на универсальных микросхемах.

5.8.1. Перемножающие детекторы. В качестве перемножающегося детектора можно использовать дифференциальный усилитель (рис. 5.42).

Вход VT3 UОП(t) R4

R5

VD1 –E2

Рис. 5.42. Фазовый детектор на дифференциальном усилителе

Работа схемы основана на распределении коллекторного тока транзистора VT3, изменяющегося под действием опорного напряжения UОП(t), между транзисторами дифференциального каскада VT1 и VT2, на вход которого подается напряжение UФМ(t), сдвинутое относительно опорного на угол ∆ϕ, пропорциональный модулирующему сообщению. На выходе дифференциального каскада выделяется напряжение, пропорциональное разности постоянных составляющих коллекторных токов транзисторов VT1 и VT2.

Пусть на схему подаются напряжения UФМ(t)=U1cos(ω1t+∆ϕ) и UОП(t)=U2cosω1t, причём каскад на транзисторе VT3 работает в линейном режиме. Конденсаторы С1 и С2 образуют с нагрузочными резисторами R1 и R2 фильтры нижних частот, постоянные времени которых значительно больше периода входных напряжений. Практически ёмкость конденсаторов выбирается из условия

При этом выходное напряжение ФД определяется постоянными составляющими Ik1 и Ik2 коллекторных токов транзисторов VT1 и VT2, которые равны

Ik1 = α1(a0I0+ a1S3U2cos∆ϕ)/2;

Ik2 = α2(b0I0+ b1S3U2cos∆ϕ)/2.

В симметричной схеме (α1=α2, R1=R2) при отсутствии внешнего напряжения смещения UСМ и внутреннего напряжения смещения нуля коэффициенты а0 = b0 = 1 и a1 =b1. Поэтому выходное напряжение ФД равно

101

Из выражения (5.42), определяющего характеристику детектирования схемы, видно, что нормированной характеристикой ФД в рассматриваемом режиме работы является косинусоида, выходное напряжение ФД прямо пропорционально амплитуде U2.

Если на вход UФМ(t)подавать гармонический сигнал, а на вход UОП(t)– импульсный, то форма нормированной характеристики изменяется от косинусоидальной до линейной в зависимости от величины амплитуды U1. Если оба входных сигнала импульсные, нормированная характеристика линейна независимо от их амплитуд.

В заключение следует отметить, что, так как в схеме не используются трансформаторы, то она может применяться в широком частотном диапазоне.

5.8.2. Фазовые измерители (рис. 5.43). Фазовый сдвиг между двумя импульсными последовательностями одной частоты можно определить с помощью схемы измерителя, приведенной на рис. 5.43,а. В зависимости от взаимного соотношения входных сигналов на выходе D-триггеров формируются различные сигналы, постоянная составляющая которых определяет фазовый сдвиг. Эта составляющая выделяется на RC-фильтре.

Принцип работы и основные характеристики измерителя можно определить из эпюр сигналов, приведенных на рис. 5.43,б-г. В зависимости от взаимного положения входных сигналов меняется форма сигналов на выводах 5 и 9 микросхемы DD1.

Рис. 5.43. Фазовый детектор на интегральных микросхемах

102