Буга Н.Н., Фалько А.И., Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.И.Чистякова (1986) (1095355), страница 32
Текст из файла (страница 32)
5.24) . Если (/ ~>>(/,„ь то, вынося (/„,> за скобки в (5.42) и пренеб- регая слагаемым ((/„„/(/„„) '«1, получаем 10,5 и„„= Кд (/, ~ ( 1 + 2 — ' соз ср ~ ' — ( ! — 2 — ' соз гр ) ' ~; г/»»»»»/»»» (5 43) Каждое слагаемое в квадратных скобках (5.43) разложим в рял по формуле бинома 1-!ьютона и ограничимся первыми двумя чле- нами ряда. После преобразований выражение детекторной харак- теристики примет вид и,„„= 2 Кд (/, соз гр. (5.44) Как видим, при (/,(((/ыь детекторная характеристика близка к коспнусоиле (рис.
5.21), линейно зависит от амплитуды меньше~бык Г/»»»2»/»»»1 г4т2=2г4 Г/та «'/»>» г/ а=я>г/ го напряжения (сигнала) и не зависит от амплитуды большего (опорного) напряжения. Благодаря линейной зависимости выходного напряжения фазового детектора от входного его можно использовать для детектирования амплитудно-модулированных сигналов; так реализуется синхронный дстектор (см, 2 5.1).
Опорное напря>ксние, вырабатываемое местным генератором, должно быть синхронизировано с несущей входного сигнала с точностшо до фазы. Напряжение па выходе детектора максимально при разности фаз ~р=0. Прн гр=- =90' напряжсннс на выходе отсутствует, а при ~р=180' полярность выходного напряжения меняется на противополо>кную. Детектор симметричен относительно приложенных напряжений, поэтому безразлично, на какой вход полавать опорное напрямгенпе. В некоторых случаях к фазовым детекторам прелъявляются высокие требования фнльтраци~ комбинационных частот, отличая>- >ошихся от с>~ — а>ь тогда применяют кольцевые фазовые детекторы (рнс. 5.25).
Их можно рассматривать как соединение двух балансных детекторов, работающих на общую нагрузку: один образован лнолами )/Д~ и УДм другой — (/Дз и )/Д4. Выходное напряжение кольцевого детектора при прочих равных условиях почти в 2 раза меньше, но благодаря диагональным диодам компенсируются четные гармоники входных сигналов. Коэффициент передачи и вхолнос сопротивление можно увеличить, использовав вместо днолов усилительные приборы. На рис. 5.26 привелсна схема балапсного детектора на полевых транзисторах в ключевом режиме. На вход подан сигнал и„действующий противофазно на затворы транзисторов.
На стоки транзисторов в одинаковой фазе подается опорное напряжение и,. Оно должно быть достаточно большим, чтобы в один из его полупериодов транзистор был открыт, Напряжение на выходе изменяется в зависимости от фазового сдвига между и, и и> аналогично рис. 5.21. В цнтсгральном исполнении широко применяются детекторы— перемножители, построенные на основе управления нрутнзпой дифференциальной транзисторной пары (рис. 5.27,а). Такой детектор подобен баланспому транзисторному преобразователю частоты (рис. 4.15). Отличие состоит в том, что у фазового детектора вместо фильтра, настроенного па промежуточную частоту, нагрузка- Л Ряс.
5.26 Рис. 5.25 !57 Ряс, 5.24 Рис. 5.23 156 вмх вы, а> Ряс. 6.27 ми служат цепи )7С, являющиеся фильтрами нижних частот. На детектор подается сигнал мв =во =К.ссозМс1+Чс) (5.45) и опорное напряжение гетеродина мв = по = (10 соз ввг 1. Напряжение сигнала на базы транзисторов УТ, и УТв поступает с противоположными фазами, а напряжение гетеродина синфазно, вызывая одинаковые изменения их крутизны. Поэтому токи комбинационных составлявощих й и 1, взаимно противоположны по фазе: й= — (в=5и, или с учетом (5.45) (см.
также $4.7) ;- — в=(я,+хя ж~~)и, <.~~-~>. «=! Напряжение на выходе создается разностью постоянных составляющих токов й и 4, т. е. ивы*= 9вы(1вв)асов%~ (5.4б)' где ~р= (в~ — ы,)1+<р,. Формула (5.46) аналогична (5.44). Перемножитель на рис, 5.27,а имеет малый динамический диапазон уровней входного сигнала и работает только в двух квадрантах.
Большое практическое применение получил двойной балансный перемножитель, построенный на основе трех дифференциальных транзисторных пар (рис. 5.27,б). Этот перемножитель представляет собой соединение двух балансных цепей, работающих на общие нагрузки 17. Напряжение сигнала и~ подано на транзисторные пары УТь УТ, и УТ„УТ„крутизны характеристики которых меняются под действием опорного напряжения и, с помощью транзисторов УТ, и УТв. На транзисторы каждой пары напряжение сигнала подается противофазно, а опорное напряжение— сиифазно на оба транзистора одной пары, но противофазио для 168 Ркс.
6лв 169 разных пар. Токи транзисторов определяются генератором постоянного тока на транзисторе УТм напряжение на базе которого стабилизировано цепью из резистора А~ н транзистора УТв в диодном включении. Достоинством этого перемножителя является перемножение во всех четырех квадрантах. Реальные устройства содержат каскады перехода от несимметричного включения к симметричному и обратно. Выходное напряжение сглаживается фильтром нижних частот. Ранее было показано, что в ключевом режиме по одному из входов фазового детектора выходное напряжение не зависит от напряжения, управляющего переключениями.
Если оба напряжения (сигнала и опорное) осуществляют только функции переключения усилительных приборов, то выходное напряжение не зависит от обоих напряжений. На рис, 5.28 приведена схема ключевого детектора, построенного на основе трех дифференциальных транзисторных пар. Транзистор УТ, является источником стабильного постоянного тока 1. Напряжение на его базе стабнлизировано цепью резистора 17~ и транзистора в диодном включении, Ток 1 проходит через УТ, и УТм Токи этих транзисторов 1, и 1в, в свою очередь, проходят соответственно через УТ, и УТ, (1'~ и 1"~) и УТ и УТв (Гв и 1"в). Транзисторы УТм ..., УТв играют роль ключей, управляемых напряжениями ив и и,.
Для этого из ив и и, с помощью ограничителей 1 и 2 формируют импульсы прямоугольной формы. Временные диаграммы токов и напряжений представлены иа рис. 5.29. При положительном опорном напряжении ив ток 1 проходит через транзистор УТм при отрицательном — через УТ,. Прп положительном и, токи 1~ и 1в проходят через УТ, и УТв, при отрицательном — через УТ, и УТ,. Токи 1~ и 1в имеют вид импульсов длительностью, равной половине периода. При фазовом сдвиге ср напряжения сигнала и, относительно опорного напряжения ив через транзисторы УТ4:.
УТ, токи проходят следующим образом: ток 1', транзистора УТ, протекает при положительных и', и и'в1 '2 инны с 4 Рнс. 5.29 5ых Лсс 5>Г сн Рнс. 5.30 Рнс. 5.32 Рнс. 5Л! !6 6 — !2 !60 ток 1", транзистора УТ, — при отрицательном и'с н положятельном и'ю', ток!'с транзистора УТв — при положительном и', и отрицательном и'с; ток 1"с транзистора УТ> — прн отрицательных и', и и'о.
Ширина импульсов тока Т; и 1"с равна и — !Г, импульсов Тн! и 1'с тока — !Р. ЧеРез РезистоР нагРУзки пРотекает сУммаРпый ток )н=!",+1'с — послеДовательность импУльсов шиРиной ~Р, следУ- ющих через половину периода. Среднее значение этого тока про- порционально !Р, Характеристика детектора приведена на рис, 5.30. Выходное напряжение снимается с змиттерного повторителя на транзисторе УТ, и сглаживается фильтром нижних частот. 5.10. ПРИНЦИПЫ ЧАСТОТНОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ В зависимости от принципа работы различают частотно-амплитудные, частотно-фазовые и частотно-импульсные детекторы. В частотно-амплитудных детекторах изменение частоты сигнала преобразуется в изменение амплитуды с последующим амплитудным детектированием, В частотно-фазовых детекторах изменение частоты преобразуется в изменение фазового сдвига между двумя напряжениями с дальнейшим фазовым детектированием.
В частотно-импульсных детекторах ЧМ колебание преобразуется в последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна отклонению частоты входного сигнала от среднего значения, Напряжение на выходе, пропорциональное числу импульсов в единицу времени, можно сформировать при помощи счетчика импульсов. Такие детекторы называют импульсно-счетными. Характеристика частотного детектора представляет собой зависимость выходного напряжения от частоты сигнала (рис. 5.31) при постоянной амплитуде входного напряжения. Качество детектирования определяется линейностью рабочего участка характеристики (ЛБ).
Важным параметром детектора является крутизна характеристики 5.11. ТИПЫ ЧАСТОТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ В широко применяемом балансном детекторе с взаимно расстроенными контурами (рпс. 5.32) один из контуров настроен на частоту )1=)с+А)с несколько выше средней частоты принимаемого сигнала )с, второй — па частоту 1,=)с — А), ниже )с. При возрастании частота сигнала приближается к резонансной частоте первого контура ), и удаляется от частоты настройки второго контура )ь Напри>кение на первом контуре увеличивается, а на вто- ив Рис.
5.35 ром уменьшается. При понижении частота сигнала приближается к )г и удалястся от (ь увеличивается напряжение на втором контуре и уменьшается па нервом. Си~пал с ЧМ становится амплитудно-частотно-модулированным. С контуров напряжения поступают на амплптудпыс дподпые детекторы. Результирующее напра>ксиве образуется как разность двух напряжснии: мхых =- г>> цс = Кх (-/ю !>5>! (5.47) где Кх — коэффициент передачи днодпых детекторов, !!а рис.
5.33 показаны напряжения иа нагрузках диодпых детекторов и, и и> с учетом полярности (штриховые линии) п результирующее напряжение на выходе (сплошная линия). В (5.47) напряжения на первом и втором контуре равны соответственно (/ =-Ос+ !+(2Л7>/1'>с(„)с=Осе>~ )-Р("-.с — 1)" ': (548) 1/и,=-- (//)Г)+(2Л7/1,б,.,>с =-и /)Г~--( „,+1)'-, (549) где Л)~=Л)с — Л1, Л)г=Л(с+Л) — абсолютныс расстройки контуров прп девиации частоты сигнала Л1; 1/, = и !/„, ! у„! /х>и (5 50) — рсзопапсное значение амплитуды напра>кения па каждом из контуров. Если усилительный прибор )/Т, работает в режиме ограннчоиия, >о в (5г50) вчссто )у>,! входит амплитуда первой гармоники крутизны 5„,ь В (5.48), (5.49) 1м =2Л)офг1м, 1о>=2Л)о/)сг/хх — обобщенные расстройки.
Для симметрии детекторной характеристики необходимо, чтобы 1ю~ =асс="о, т. е. 2Л!о/(~с)м = 2Лс>о1)гА>. Иначе говоря, полосы пропускапия обоих контуров должны быть одинаковыми: )~г/и =-1>с(,с=/аг/х. Поэтому >побой девиации частоты Л1 соотвсгствуст обобщенная расстройка 6,=-3 — — 1=2Л11)сг/. св Дд г>2 Рис. 5.33 Рис. 5.34 163 С учетом сказанного после подстановки (5.48), (5.49) в (5.47) „ получим напряжение па выходе детектора мхих= »>Охх )ум! Йэ Кх>)>6)~ где ч>(1) = )/)' )+(1,— 1)с — )/)> )+(14+1)3 (5.52) — функция обобщенной расстройки — нормированная детекторная характеристика детектора. На рис. 5.34 приведена правая ветвь характеристики >р(1) при разных 1с.
Вследствие симметрии характеристики нелинейные искажения могут появиться только из-за нечетных гармоник частоты модуляции. Четные гармоники сказываются лишь прн нспдентичпости контуров с!Д илп при его неточной настройке. Детекторная характеристика наиболее близка к линейной при ср- )~ ),5. Балапспып детектор со связанными контурамн (рис. 5,35) относится к типу .астотпо-фазовых.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
