9.2.3. Синхронный фазовый детектор
, где c
- информационная фаза.
.
После фильтрации
на выходе получим: U
9.3. Частотные детекторы (чд)
ЧД осуществляют мгновенное преобразование частоты входного сигнала в амплитуду выходного сигнала, изменяющегося по закону модулирующего сообщения.
Основные параметры:
1. Детекторная характеристика (ДХ):
U
= (f),
Uc =
const ,
f0 - центральная частота (частота перегиба характеристики). Только такая форма ДХ используется в системах АПЧ (цифрами 1 и 2 обозначены формы скатов).
а) Крутизна детекторной характеристики:
, при f
= f0
.
б) Полоса характеристики: fчд;
в) Область линейности характеристики: f;
г) Форма скатов характеристики (влияют на работу систем АПЧ).
2. Входное сопротивление.
3. Выходное сопротивление.
4. Допустимое искажение выходного сигнала при изменении Uc.
Если ЧД используется в основном тракте приемника ЧМ сигнала, то здесь должна быть обеспечена широкая полоса и большая область линейности ДХ.
В случае, если ЧД является чувствительным элементом системы АПЧ, то здесь главные требования: детекторная характеристика должна проходить через «0» и должна иметь максимальную крутизну.
Все разновидности ЧД делятся на две группы:
Первый вид. В данных ЧД на первом этапе ЧМ сигнал преобразуется в АМ сигнал, на втором этапе этот сигнал подвергается амплитудному детектированию;
Второй вид. ЧМ сигнал преобразуется в ФМ сигнал, который подвергается фазовому детектированию.
9.3.1. Чд на основе амплитудного детектора
Входной сигнал ЧД можно представить в виде:
,
(*)
где c - закон модуляции ЧМ сигнала.
На первом этапе необходимо преобразовать (без искажений и потери информации) ЧМ сигнал в АМ сигнал.
Первый вариант построения такого преобразователя – это применение дифференцирующей цепи (ДЦ). Для идеальной дифференцирующей цепи передаточная функция записывается в виде:
На вход ДЦ поступает
Uвх
(*), тогда
выходное напряжение можно записать в
виде:
,
т.е. выходное напряжение по амплитуде
пропорционально информационному ЧМ
сигналу.
Второй вариант построения преобразователя – это применение идеального избирательного устройства, АЧХ которого имеет следующий вид:
Тогда, применяя такое избирательное устройство в виде расстроенного колебательного контура, в котором с ≠ 0, входной ЧМ сигнал преобразуется в выходной АМ сигнал. Физический смысл такого преобразования поясняется на рисунке, приведенном ниже:
Главные недостатки данной однотактной схемы: малая крутизна детекторной характеристики, малая область ее линейности и узкая полоса. Поэтому обычно на практике применяют схему балансного ЧД:
- обобщенная расстройка:
,
f0 = fp1 - fp2 ,
f = f - f0
dэ - эквивалентное затухание колебательного контура:
,
где: С - эквивалентная емкость колебательного контура, которая равна:
, где m1
и m2
- коэффициенты включения транзистора
к контуру и диодного детектора к контуру
соответственно;
Rэкв - эквивалентное резонансное сопротивление колебательного контура (собственное сопротивление контура параллельное выходному сопротивлению транзистора и параллельное входному сопротивлению АД).
В результате детекторная характеристика такого ЧД запишется в виде:
U = Kd K0 Uвх (),
где: K0 = S Rэкв / M – коэффициент усиления резонансного усилителя на резонансной частоте;
Kd - коэффициент передачи АД,
- нормированная
детекторная характеристика.
Достоинства ЧД: большая крутизна, большая область линейности, большая полоса, и детекторная характеристика проходит через ноль, т.е. схему можно применять в АПЧ.
Недостаток: зависимость детекторной характеристики от амплитуды входного сигала, т.е., если Uвх меняется, то появляется паразитная АМ сигнала.
Подобные ЧД распространены в приемниках СВЧ диапазона. Они используются для демодуляции несущего колебания, а также являются чувствительным элементом системы АПЧ.
Основу данных ЧД с преобразованием ЧМ сигнала в АМ сигнал составляет высокодобротный избирательный колебательный контур:
Структурная схема, реализующая ЧД в приемнике СВЧ диапазона:
МК – модулирующий контур.