7.4.2. Детектирование сигналов с угловой модуляцией.

Частотное детектирование применяется для выделения из ЧМ сигнала низкочастотной информации в звуковом диапазоне частот в радиовещании (FM-stereo в УКВ диапазоне), в телевидении канал звукового сопровождения, для выделения сигнала ошибки в системах автоподстройки частоты генераторов.

Основные принципы детектирования сигналов с частотной модуляцией.

1. Для детектирования необходимо изменять спектральный состав высокочастотного модулированного сигнала. Для этого используются нелинейные или параметрические элементы. Нелинейные или параметрические элементы реагируют на изменение амплитуды (см. ВАХ ЭП). Так как сигналы с частотной модуляцией несут низкочастотную информацию в изменении частоты (ЧМ), то возникает необходимость в предварительном преобразовании сигнала с частотной модуляцией в сигнал с амплитудной модуляцией.

2. Преобразованный сигнал с частотной модуляцией в амплитудно-модулированный сигнал детектируется амплитудным детектором.

3. При прохождении высокочастотного сигнала по каналу связи в ВЧ канале передатчика и приемника возникает паразитная амплитудная модуляция вследствие атмосферных, промышленных помех, неравномерности усиления в пределах полосы пропускания. Поскольку для детектирования сигналов с угловой модуляцией используются амплитудные детекторы, то для подавления паразитной амплитудной модуляции на входе преобразователя вида модуляции применяют ограничение амплитуды высокочастотного сигнала с угловой модуляцией.

Структурная схема частотного детектора, как видно из рис. 7.9, состоит из ограничителя амплитуд (ОА), преобразователя частотной модуляции в амплитудную модуляцию и амплитудного детектора. Ограничение амплитуды высокочастотного сигнала можно получить, например, с помощью усилителя, входящего в режим насыщения при малых напряжениях входного сигнала за счет пониженного напряжения питания.

Рис. 7.9 Структурная схема детектора частотно модулированных сигналов

Для преобразования частотно-модулированного сигнала в амплитудно-модулированный сигнал часто используют зависимость амплитуды напряжения на колебательном контуре от частоты. Принцип такого преобразования видов модуляции поясняют диаграммы, показанные на рис. 7.10. Частотный детектор на основе одного расстроенного колебательного контура имеет значительные нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью скатов амплитудно-частотной характеристики колебательного контура.

На практике, для уменьшения нелинейных искажений применяют симметричную схему частотного детектора (рис. 7.11), которая называется дискриминатором на расстроенных контурах. Он включает в себя два колебательных контура и, и два амплитудных детектора: один из них содержит диоди-фильтр низких частот, а второй – диоди-фильтр низких частот. Резонансная частота одного из контуров берется меньше несущей частоты на девиацию частоты, второго – больше несущей частотына девиацию частоты.

Рис. 7.10 Принцип преобразования ЧМ колебания в АМ колебание с помощью расстроенного колебательного контура

Рис. 7.11 Схема частотного детектора на расстроенных контурах

Каждый из контуров преобразует ЧМ колебание АМ колебание. На входы амплитудных детекторов эти АМ колебания действуют в противофазе. Вследствие этого напряжение на выходе частотного детектора равно разности выходных напряжений амплитудных детекторов

. (7.35)

Фазовый (балансный) детектор преобразует фазо-модулированное ВЧ колебание в напряжение, изменяющееся по закону модулирующего НЧ информационного сигнала. Фазовый (балансный) детектор строится по двухтактной схеме (рис. 7.12). Он содержит два амплитудных детектора и источник опорного напряжения . Относительно средней точки вторичной обмотки трансформатора к диодам приложены противофазные напряженияравных амплитуд (). Поэтому на вход диодадействует напряжение, а на вход диода– напряжение().

С учетом идентичных коэффициентов передачи амплитудных детекторов напряжения на их выходах

(7.36)

Рис. 7.12 Схема фазового (балансного) детектора

В балансном детекторе амплитуду опорного напряжения обычно выбирают намного больше амплитуды ФМ колебания , чтобы можно было выделить полезный сигнал на фоне соизмеримых с ним по амплитуде шумов. В этом случае, раскладывая по малому параметру (7.36), результирующее напряжение на выходе фазового детектора можно представить в виде

. (7.37)

Вблизи =90⁰ и 270 зависимость выходного напряжения от угла , которая называетсяхарактеристикой детектирования , близка к линейной зависимости.