Детекторы сигналов угловой модуляции
![]()
Глава 8. Детекторы сигналов угловой модуляции.
Глава 8. Детекторы сигналов угловой модуляции.8.1. Фазовые детекторы
Фазовым детектором (ФД) называется устройство, служащее для создания напряжения, пропорционально фазе входного сигнала uвх=Uвх cos[wвхt+j(t)]. При этом обычно оценивается разность фаз между сигналом и опорным колебанием. ФД можно выполнить на основе линейной системы с переменными параметрами. Структурная схема ФД при этом (рис. 8.1) совпадает со структурной схемой ПрЧ. Отличие состоит в том, что частота гетеродина (опорное напряжение) wг=wвх=wо (синхронизация по частоте), а в качестве фильтра используется ФНЧ, так как преобразование происходит на нулевую частоту (fпр=fо-fвх=0). Напряжение на выходе согласно (6.2) определяется
Ед=0,5 S1UвхRнcosj, (8.1)
где S1 – амплитуда первой гармоники крутизны тока ПЭ; j=jо-jвх.
Выражение (8.1) получено в предположении, что Uвх<<Uо. При этом характеристика детектирования близка к косинусоиде. В то же время принцип действия ФД можно пояснить, не рассматривая его как параметрическую цепь и не накладывая требований к уровню входного сигнала. Согласно рис. 8.1 ФД можно представить как систему с амплитудным детектированием суммы двух гармонических колебаний uвх и uо. Амплитуда суммарного колебания зависит от фазового сдвига между входным и опорным напряжениями
. Напряжение на выходе определяется коэффициентом передачи амплитудного детектора Кд, то есть Ед=КдUS. Можно показать, что вид характеристики детектирования определяется соотношением между Uo и Uвх, представляя собой например косинусоиду при Uвх<<Uо и циклоиду при Uo »Uвх.
 |
Пример простейшей схемы однотактного диодного ФД приведен на рис. 8.2.
8.2. Частотные детекторы. Принцип действия
Частотным детектором называется устройство, служащее для получения напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения частоты входного сигнала. При частотной модуляции (ЧМ) гармоническим сигналом входной сигнал описывается выражением
uвх=Uвх coswвх (t)t,
где wвх (t)=wн-DwmaxcosWt;
wн – угловая частота несущего колебания,
Рекомендуемые материалы
Dwmax – девиация угловой частоты входного сигнала,
W - угловая модулирующая частота.
На рис. 8.3 показаны соответствующие временные зависимости.
Принцип частотного детектирования состоит в преобразовании ЧМ колебания в линейной системе в колебания с другим видом модуляции с последующим детектированием преобразованного колебания безинерционной нелинейной цепью.
Преобразовать ЧМ колебание можно в колебания следующих видов:
амплитудно – частотно – модулированное (АЧМ), у которого амплитуда меняется в соответствии с изменением частоты колебания при сохранении частотной модуляции. Это преобразование можно осуществить в линейной цепи с реактивными элементами, сопротивление которых зависит от частоты. АЧМ колебания затем детектируются АД;
- фазочастотное с последующим фазовым детектированием.
Очевидно, в конечном итоге в любом случае изменение частоты преобразуется в изменение амплитуды непосредственно или в фазовом детекторе.
8.3. Частотный детектор с одиночным контуром.
Простейшим детектором с преобразованием ЧМ – АЧМ является ЧД детектор с одиночным колебательным контуром (рис. 8.4).
Для преобразования ЧМ – АЧМ используется наклонный участок АЧХ контура, где зависимость Uk от f близка к линейной (рис. 8.5). При этом контур расстроен относительно несущей частоты сигнала. Напряжение на выходе ЧД в соответствии с (7.2) и (5.6):
, (8.2)
где cos q - коэффициент передачи АД.
Характеристика детектирования, построенная в соответствии с выражением (8.2), по форме совпадает с отрезком АЧХ используемой в ЧД линейной цепи ( в данном случае с отрезком резонансной характеристики контура).
Недостатками этих простейших детекторов являются:
1) недостаточная линейность характеристики детектирования (линейность можно несколько повысить, увеличивая добротность контура);
2) относительно малая крутизна характеристики детектирования;
3) при изменении знака отклонения от несущей частоты, выходной сигнал не меняет знак (характеристика не проходит через 0), следовательно такой детектор нельзя использовать в системе АПЧ (см. ниже).
Эти недостатки устраняются в балансных ЧД.
8.4. Балансный частотный детектор с взаимно расстроенными контурами
Схема балансного частотного детектора с взаимно расстроенными контурами показана на рис. 8.6 и представляет собой два ЧД с одиночными контурами расстроенными относительно несущей частоты сигнала в разные стороны на одну и ту же величину df. Например, f01=fн+df; f02=fн-df. Напряжение на выходе балансного ЧД определяется разностью выходных напряжений одиночных ЧД, т.е. Ед= Ед1 - Ед2.
Результирующая характеристика детектирования (рис. 8.7) балансного ЧД с взаимно расстроенными контурами практически симметрична, следовательно отсутствуют искажения по чётным гармоникам (выше линейность), характеристика имеет большую крутизну и проходит через ноль, отображая не только величину, но и знак отклонения частоты от несущей.
Очевидно, при слишком сильной расстройке между контурами характеристика детектирования становится нелинейной.
Вопросы для самопроверки
1. Объясните принцип действия синхронного фазового детектора.
2. Объясните назначение АО при детектировании сигналов с угловой модуляцией.
3. Укажите особенности однотактных и балансных частотных детекторов. В чём заключается их отличие?
4. Поясните принцип работы простейшего ЧД с преобразованием отклонения частоты в изменение амплитуды.
5. Поясните принцип работы балансного ЧД с взаимно расстроенными контурами.
"Социальная реклама" - тут тоже много полезного для Вас.
6. Изобразите схему и объясните принцип работы однотактного диодного ФД.
7. Какая зависимость называется характеристикой детектирования ЧД? Чем отличаются характеристики детектирования однотактного и двухтактного ЧД?
8. К чему приведет слишком большая расстройка между контурами в ЧД с взаимно расстроенными контурами? Поясните.
9. Почему при прохождении радиотракта приемника частотно-модулированный сигнал приобретает паразитную амплитудную модуляцию?
10. Какой зависимостью определяется характеристика детектирования синхронного ФД?
