3.4 Демодуляция сигналов с угловой модуляцией

3.4.1Фазовые детекторы (фд)

Фазо-модулированный сигнал в качестве информационного параметра использует фазу, т.е. временный сдвиг. Т.е. в фазовых детекторах необходимо опорное колебание.

Пусть:

сигнал : Uc(t)=Umsin(w₀t+Ψ(t)),

опорное колебание: U₀(t)=U_m0sinw₀t.

Известно много схем фазовых детекторов — устройств для демодуляции колебаний с полной фазой , промодулированных по фазовому углу. Работа таких детекторов основана на нелинейном взаимодействии модулированного сигнала с немодулирован- ным опорным колебанием, которое должно создаваться вспомогательным внешним источником. При создании фазовых детекторов неизбежны трудности, связанные с требованием жесткой стабилизации фазы коле­баний опорного генератора.

Сравнение фаз можно осуществить следующими способами:

1. Использование перемножителей колебаний входного сигнала Uс(t) и опорного колебания Uo(t)(рис.3.19):

   1. Uc(t)∙U₀(t).

2. Путем нелинейного преобразования суммы сигналов:

   1. [Uc(t)+U₀(t)]².

3. На основе балансных фазовых устройств, в которых изменение фазы преобразовываются в изменение амплитуды вспомогательного сигнала и затем его последовательного амплитудного детектирования (рис.3.20).

4. Использование ключевых сигналов (фоточувствительные выпрямители)

Рис.3.19. ФД на основе перемножителя

Рис.3.20. Схема балансного фазового детектора

На диоды опорное напряжение U₀подается в фазе, входноеUc- в противофазе

Для устранение паразитной амплитудной модуляции сигнал Uc`(t) ограничивается по амплитуде.

На рис. 3.21 приведена векторная диаграмма работы балансного фазового детектора.

Рис.3.21. Векторная диаграмма

Из рисунка следует, что

U1=

U2=

Напряжение U1 иU2 создают на нагрузкеRпротивофазные колебанияUвых1 иUвых2:

Uвых1=КдтU1,

Uвых2=КдтU2,

где Кдт- коэффициент передачи детектора.

Последнее уравнение представляет собой уравнение детекторной характеристики этой схемы (рис.3.22 ).

Рис.3.22. Детекторная характеристика

Фазовый детектор на ключевой схеме (рис.3.23 )

Напряжение сигнала на ключи подается в противофазе , а опорное в фазе.

В зависимости соотношения фаз будут меняться токи I1,I2 иUвых=R(I1-I2).Дискриминационная характеристика приведена на рис.3.24.

Рис.3.23. ФД на ключевой схеме

Рис.3.24. Характеристика фазового детектора на ключевой схеме

2. Детекторы чм- сигналов

Основаны на следующих принципах:

1.На преобразование изменение частоты изменения амплитуды детектор$

2.На преобразовании ЧМ сигналов в фазовый сдвиг между вспомогательным напряжение и затем фазовое детектирование;

3.На преобразовании ЧМ сигналов в последовательность импульсов, частота следования которое пропорционально отклонению частоты сигнала от среднего значения

Первый способ реализуется на основе частотной зависимости передаточной функции линейной цепи(рис.3.25 )

Рис.3.25. Принцип преобразования ЧМ в АМ

Этот метод чаще всего реализуется на основе колебательного контура или пары взаимно-расстроенных контуров(рис.3.26 ).

Рис.3.26. Частотный детектор на колебательном контуре

Для расширения линейного участка характеристики детектора используют два колебательных контура (рис.3.27 ).

а)

б)

Рис.3.27. Частотный детектор на двух взаимно-расстроенных

колебательных контурах.

а-АЧХ колебательных контуров, б-схема включения амплитудных детекторов

Частотный детектор с преобразованием изменения частоты в фазовый сдвиг.

Принцип действия: При прохождении ЧМ колебаний через цепь, вносящую идеальную задержку, фазовый сдвиг выходного колебания относительно входного повторяет закон изменения частоты.

Пусть на входе цепи, вносящей идеальную задержку, действует частотно-модулированное колебание

U_вх(t)=U₀cos(w₀t+Ψ(t)),

W(t)==w₀+=w₀+∆w(t).

Тогда на выходе цепи имеем

U_вых(t)=U₀cos[w₀(t-τ)+Ψ(t-τ)]=U₀cos[Ψ(t-τ)].

Фазовый сдвиг выходного напряжения относительно входного

∆Ψ(t)=Ψ(t)∙Ψ(t-τ)=w₀τ+Ψ(t)-Ψ(t-τ)=w₀τ+τ[],

= ,

∆Ψ≈[w₀+]τ=[w₀+∆w(t)]τ.

Т.е при малых значениях τ закон изменения фазы ЧМ колебаний на выходе звена задерживается на τ относительно входного ЧМ сигнала и совпадает с законом изменения частоты

w(t)=w₀+ .

На основе такого представления можно построить частотный детектор.

Структурная схема такого частотного детектора имеет вид(рис.3.28 ):

Рис.3.28. Частотный детектор с преобразованием ЧМ в ФМ

Звено π/2 используется для того что бы характеристика фазовых детекторов проходила через ноль.

В простейшем случае четырехполюсником может быть колебательный контур (рис.3.29) , ФЧХ которого описывается выражением

Ψ(ζ)=arctgζ,

где ζ- обобщенная расстройка, ζ = (­ - ), f₀-средняя частота несущего колебания.

Рис.3.29.Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристика

колебательного контура

Вопросы для самопроверки

1. Для чего в фазовых детекторах необходимо опорное колебание.

2. Нарисуйте схему фазового детектора на основе перемножителя.

3. Нарисуйте схему балансного фазового детектора.

4. На каких принципах основана работа час тотных детекторов.

5. Нарисуйте схему частотного детектора с преобразованием изменения частоты в фазовый сдвиг