6_3 (лекции по УППС (УПОС)), страница 2

При резо­нансе ток во втором контуре İ₂ и ЭДС Ē₂ с­вязаны соотношением İ ₂ = Ē₂ /r₂ – векторы напряжений Ū₁ , Ē₂ и тока İ₂ при _С = ₀ совпадают по фазе. Напряжение на конденсаторе C₂ второго контура

Ū ₂ = İ₂/jC₂ отстает от тока İ₂ на 90°. Поло­вина напряжения на конденсаторе C₂, действующая относительно средней точки катушки индуктивности L₂, через нижнюю половину витков (см. рис.13.12) прикладывается к диоду VD₂ и опере­жает Ū₁ на 90°; другая поло­вина напряжения на конденсаторе C₂ через верхнюю половину витков катушки L₂ прикладывается к диоду VD₁ и отстает от напряжения Ū₁ на 90°. Вектор напряжения на диоде VD₁ равен сумме Ū _D1 = Ū₁ + 0,5 Ū₂, а вектор Ū _D2 = Ū₁ – 0,5 Ū₂. Очевидно, что при резонансе |Ū_D1| = |Ū_D2|, следовательно, E_Д1 = E_Д2; E_ЧД = E_Д1 – E_Д2 = 0.

В ка­честве опорного вектора берем вектор Ū₁; ЭДС, наводимая на втором контуре Ē₂  M Ū₁ /L₁, – ее фаза совпадает с фазой Ū₁. Ток во втором контуре İ ₂ = Ē₂ / [r₂+ j(L₂ – 1/C₂ )]; при _С > ₀ сопротивление 2-го контура X₂ = (L₂ – 1/C₂) имеет индуктивный характер, следовательно, ток İ ₂ отстает по фазе от ЭДС Ē₂. Напряжение Ū₂ на конденсаторе C₂ отстает от тока İ₂ на 90°. К диоду VD₁ приложено напряжение 0,5Ū₂, которое отстает от тока İ₂ на 90°, а к диоду VD₂ приложено напря­жение – 0,5Ū₂, опережающее ток İ₂ на 90°. Сложив соответствую­щие векторы, определим Ū_D1 и Ū_D2. При _С > ₀ очевидно Ū_D2 > Ū_D1 при этом E_Д2 > E_Д1 и E_ЧД < 0.

Таким об­разом, в ЧД со связанными контурами на рис. 13.11 изменение частоты сигнала f_С относительно резонансной частоты контуров f₀ приводит к изменению фазового сдвига между ЭДС , наво­димой на втором контуре, и током İ₂ в нем. Это приводит к из­менению напряжений Ū_D1 и Ū_D2 на диодах, а следовательно, и выходного на­пряжения E_ЧД.

Форма характеристики детектирования ЧД зависит от добротности контуров и степени связи между ними.

Рис. 13.11 – Частотный детектор со связанными резонансными контурами

Дробный частотный детектор (рис. 13.12), называемый иногда детектором отношения, не чувствителен к амплитудной модуляции входного сигнала, благодаря чему отпадает необходимость в амплитудном ограничителе. Схема дробного ЧД на рис. 13.12 может рассматриваться как вариант схемы ЧД со связанными контурами – отличается от схемы на рис. 13.12 способом вклю­чения диодов и нагрузки, а вместо дросселя Др и конденсатора связи C_СВ используется катушка связи L₃. Вместо «встречного» включения диодов VD₁, VD₂ здесь они включены последовательно.

Коэффициент взаимоиндукции между катушками индуктивности L₁, L₂ равен M₁, а коэффициент взаимоиндукции между катушками L₁, L₃ равен M₂. Каждое из высокочастотных напряжений Ū_D1 и Ū_D2, подводимых к диодам VD₁, VD₂, так же, как в ЧД со свя­занными контурами на рис. 13.11, представляет собой сумму напряжений: на­пряжения Ū₁ на катушке связи L₃ и половины напряжения на втором контуре Ū₂/2. Напряжение Ū₁^' = M₂ Ū₁ /L₁ на катушке связи L₃ по фазе совпадает с напряжением Ū₁ на первом контуре. Поэтому векторные диаграммы, рассмотренные при анализе работы ЧД со связанными контурами, остаются справедливыми и для дробного детектора.

Рис.13.12 – Дробный частотный детектор

6.3.2 ЧД с преобразованием ЧМ-сигнала в импульсную форму

Квазигармонический сигнал преобразуется в импульсную последовательность, которая обрабатывается логическими схемами. После логической обработки сигнал переводится в непрерывную форму. Цифровая форма сигнала в описываемых здесь схемах отсутствует.

Пример 1. Детектор с преобразованием ЧМ в широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) приведен на рис.13.13.

На выходе делителя частоты ДЧ₁ импульсная последовательность имеет период

T_i = n/f_i,

где f_i – частота входного сигнала. Эти импульсы с периодом T_i , поступая на вход S (Set – установка) триггера, переводят его в состояние “1” по выходу Q. Делитель ДЧ ₂ (счетчик) работает в старт-стопном режиме. На его вход начинают поступать импульсы с частотой f_o при появлении логической “1” на выходе Q триггера. Через интервал  = m/f_o на выходе счетчика ДЧ₂ появляется логическая “1”, которая, поступая на вход R (Reset - сброс) триггера, переводит его в состояние “0” . Поток импульсов на входе счетчика ДЧ ₂ прекращается до появления логической “1” на выходе Q триггера. На выходе триггера, таким образом, формируются импульсы длительность, которых пропорциональна f_i - частоте входного сигнала.

Принцип работы основан на преобразовании ЧМ в широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Однополярные импульсы на выходе триггера преобразуются в биполярные импульсы преобразователем уровня (ПУ). Напряжение на выходе ФНЧ пропорционально ширине импульсов положительной полярности

,

.

Для того чтобы центральная частота ЧМ-сигнала f_c соответствовала нулевому значению выходного напряжения, необходимо выполнить условие:

f_i=f_c при E_Fd=0, т.е. f_c=nf_o/2m .

Условие работы ЧД: T_i    n f_o /m  f_i .

ФИ₁ ДЧ₁

Рис.13.13 – Частотный детектор с преобразованием ЧМ-ШИМ



    



    

Пример 2. Детектор с преобразованием ЧМ в частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ) приведен на рис.13.14.

Рис.13.14 – Частотный детектор с преобразованием ЧМ-ЧИМ

Формирователь импульсов ФИ₁ преобразует входное квазигармоническое колебание с мгновенной частотой f_i в последовательность коротких прямоугольных импульсов с переменным периодом T_i = 1/f_i. Аналогично, формирователь импульсов ФИ ₂ преобразует опорное гармоническое колебание со стабильной частотой f_o в последовательность коротких прямоугольных импульсов с постоянным периодом T_o= 1/f_o .

Триггеры Т₁, Т₂ переходят в состояние логической единицы на срезе импульсов, поступающих на синхронизирующий вход С, при условии наличия логической единицы на входе . Если же напряжение на входе соответствует логическому нулю, то импульсы на синхронизирующем входе С переводят триггер в нулевое состояние. Триггеры переходят из одного состояния в другое на срезе (заднем фронте) синхроимпульса.

Рис.13.15 – Частотный детектор с преобразованием ЧМ-ШИМ

Через каждую из схем совпадения  проходят импульсы с выходов формирователей ФИ только при наличии логической единицы на выходе Q соответствующего триггера. Т.о., при f_i > f_o на выходе схемы совпадения И₁ появляется импульс только в том случае, если два соседних импульса на выходе ФИ ₁ окажутся между двумя соседними импульсами на выходе ФИ₂. Это соответствует интервалам времени, когда фазы входного и опорного сигналов почти совпадают. При постоянной разности частот разность фаз линейно меняется. Частота повторения импульсов на выходе ФИ₁ определяется числом периодов изменения разности фаз от 0 до 2