Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (4-е издание, 1986) (1095423), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Иными словами, нелинейность такого устройства, как диод, проявляется лишь при изменении действующего на него напряжения, а не при изменении частоты или в общем случае скорости изменения фазы сигнала, Поэтому для осуществления частотного детектирования требуются дополнительные преобразования. Большое распространение получили, например, частотные детекторы, представляющие собой сочетание двух узлов: 1) избирательной линейной цепи, преобразующей частотную модуляцию в амплитудную; 2) амплитудного детектора. В качестве линейной цепи можно использовать любую электрическую цепь, обладающую неравномерной частотной характеристикой: цепи И., 247 Рис. 8.36, Одноконтурный частот- ный детектор Рис.
8.37, К объяснению работы детектора, представленного на рнс. 8.38 )сС, фильтры, колебательные контуры и т. д. В высокочастотной технике большое распространение получили колебательные цепи. Схема частотного детектора, содержащего простой колебательный контур, представлена на рис. 8.36. Если резонансная частота контура юр отличается от средней частоты модулированного колебания юе, то изменение амплитуды напряжения на контуре Ун повторяет в известных пределах изменение частоты входного напряжения (рис. 8.37).
Изменение амплитуды Уи высокочастотного напряжения с помощью диода ИЭ преобразуется в низкочастотное напряжение, которое выделяется на апериодической нагрузке )сС. Отметим попутно, что при точной настройке контура на частоту ю𠆆сигнал искажается: частота изменения огибающей получается вдвое выше частоты полезной модуляции. В исходном режиме. т. е. при отсутствии модуляции. рабочая точка должна устанавливаться на скате резонансной кривой.
Недостатком рассмотренной схемы является необходимость настройки контура на частоту, отличную от частоты немодулированного колебания. Кроме того, резонансная кривая одиночного колебательного контура имеет весьма ограниченный линейный участок на скате. На рис. 8.38 представлена схема частотного детектора, широко распространенная в приемниках частотно-модулированных колебаний, а также в устройствах для автоматической подстройки частоты генераторов. Она содержит колебательную цепь в виде двух индуктивно связанных контуров. настроенных на частоту ыа. Напряжение высокой частоты юа ~ Лю подается на базу транзистора, а продетектированное напряжение ип выделяется на резисторах й, и )ст.
Катушка индуктивности Е р (дроссель) преграждает путь току высокой частоты. Принцип действия данного детектора поясняется эквивалентной схемой и векторной диаграммой, представлен- А ю, ными на рис. 8.39 и 8.40. с Пусть ыь езе — напряжения Ф С М й на первом и втором контурах, ч3 Э и У вЂ” напряжения в точках В и Сх и и'Рх' о Х В 0 ОтНОСИтЕЛЬНО ЭМИттЕРа (ЗЕМЛИ). сдв Заметим, что Оа и Оа представ+ Е ляют собой амплитуды высокоиа частотных напряжений, приложенных соответственно к диодам Л), и 1'В,. В отсутствие модуляции, Рис. 8.38.
Лвухконтурный частотный детек тор 248 когда частота входного напряжения совпадает с резонансными частотами контуров, напряжение Ц на индуктивности второго контура сдвинуто по фазе на 90' относительно резонансного напряжения 4),р. Действительно, при индуктивной связи двух одинаковых контуров (м//4 «р . м ъь , и = 1з (оз/. = — — и,р. дз ь лз (8.61) Так как при го=озз=азр з.з = г„ а соз/-/гз = Яз, получаем ()з = ~ (М//.) (;)з 1)зр, (8,62) т. е. 1/з опережает 4/з на 90'. Опр«делим напряжения ь)з и Уз.
Учитывая, что на схеме замещения (см. рис. 8.39) средняя точка второго контура присоединена по высокой частоте непосредственно к точке А и, следовательно, напряжение Оз является суммой напряжения О, и половины напряжения 1)з, получаем ь)з=с)т + =(/з +з — 'чз — =з/зр~(+з — — ~. и, М и р Г . /И аз ~ 2 й 2 ~ й 2 ! (8.63) Аналогично для (/4 можем написать Уз — — (/др (1 — 1 — — ') (8.64) Модули напряжений 1/з и Ц одинаковы и равны (/,=(/,=(/,„~/ 1+ ~ — — *1 ~8 2/ (8.65) и, в г в г в аз Э Рис. 8.40. Векторная диаграмма напряжений (к рнс. 8,39) Рис.
8.39. Схема замещения избирательной цепи частотного детектора (к рис. 8.38) 249 а фазы симметричны относительно фазы напряжения 0зр. Соответствующая этому случаю векторная диаграмма представлена на рис. 8.40, а. Так как выпрямленные напряжения (/аз и (/зз, действующие на резисторах'Я, и /сз, пропорциональны амплитудам (/з и 04, то результирующее напряжение на выходе детектора, равное разности (/зз и (/ез, при резонансной частоте будет равно нулю. Рассмотрим векторную диаграмму напряжений при расстройке.
Пусть частота на входе детектора отклонится от резонансной частоты озз на Лоз, причем Лез/озз (( 1. Тогда вектор 0хз, соответствующий напряжению 1/з (см. рис. 8.40, б), повернется относительно своего резонансного положения на угол уз который определяется выражением грз = агс1д ( (2Лаз/озз) 9з) = агс1паз.
(8.66) Вместо выражений (8.63) н (8.64) получим () — и ~~! + ' (д4/2" '2з), () = и ! ! — ' (44/2/) ')з ~ з--- 1~~ 4 1~ )+/а, 1' ~ )+ а, Первый и второй контуры обычно берутся идентичными, поэтому отношение М//, =- й является коэффициентом связи контуров. Кроме того, считаем ()з = (/з = (/, а, = а, = а. Вводя обозначение() = (М/Е) Я = ЙЯ и переходя к модулям, получаем СУ~ и' 4+(8+2а) у СУ~ )гг4+(р — 2а) При определении напряжения на выходе частотного детектора необходимо учитывать, что в процессе частотной модуляции изменяются сопротивления, вносимые из второго контура в первый.
Поэтому при неизменной амплитуде тока (промежуточной частоты) в цепи коллектора напряжение У, изменяется по закону Ух=Уз„)г ! +аз/~Г (! +~в — а')'+4а' (8.6?) где У,р — резонансное значение напряжения У,, Наконец, выпрямленные напряжения на выходах двух амплитудных детекторов (см. рис. 8.38) зависят от угла отсечки 8. Практически можно исходить из условия созΠ— !. С учетом дифференциального включения нагрузок, окончательное выражение для напряжения звуковой частоты на выходе частотного детектора приводится к виду "я )г 4+(р+2а)з — )Г4+(!) — 2а)з — ф (а).
'Р 2 )г [1+ йз — аз) +4аз (8.68) Рис. 8.4!. Семейство хзрвктери- стик двухконтурного частотно- го детектора: а-(тч//пь/; а-(мц)я 250 Зависимость ф (а) для различных значений параметра () представлена на рис. 8.4!. Умножая ординаты этих характеристик на У,р, а абсциссы на /в/29, получаем характеристику частотного детектора в виде зависимости ип в вольтах от Л/ в герцах.
При выборе параметров контуров и величины связи основным требованием является обеспечение линейности характеристики частотного детектора и максимально возможной ее крутизны. С этой точки зрения наиболее предпочтительным является параметр связи р = 1 при использовании характеристики ф (а) на участке 1а~ ( 0,5 — 0,8.
Г1ри этом максимальное значение ф (а) достигает приблизительно 0,25. В качестве примера сопоставим приведенные данные с параметрами частотного детектора, используемого в звуковом канале телевизионного приемника. Детектор включен на выходе усилителя промежуточной частоты (~~ = 6,5 МГц, полоса пропускания 25), яв 250 кГц) и рассчитан на девиацию частоты ~„= 75 кГц. Можно поэтому считать, что Я ж ~,(2б~„ж 26 и максимальное значение обобщенной расстройки (на пиках ЧМ) й, в,5 1О' а максимальное значение ф (а) = 0,25. Напряжение частоты ), на входе частотного детектора обычно близко к 1 В (с учетом амплитудного ограничения).
Следовательно, амплитуда на- пряжения звуковой частоты на выходе частотного детектора Уя = У,„х х ф (а,„) = 0,25 В. Таким образом, крутизна характеристики детектора З„д — 0,25(75 — 3 мВ/кГц. Из проведенного рассмотрения видно, что в схеме, представленной на рнс. 8.38, осуществляются следующие преобразования: 1) девиация часто- ты входного колебания преобразуется в девиацию фазы напряжения (I,; 2) девиация фазы напряжения У, (относнтельно фазы У,) преобразуется в амплит)дную модуляцию напряжений, приложенных к диодам; 3) ампли- тудное детектирование.
В последнее время стали применяться частотные детекторы, в кото- рых преобразование девиации Лв(1) в девиацию фазы (прн сохранении ° постоянства амплитуды) осуществляется в одиночном контуре, более простом, чем система связанных контуров в схеме на рис. 8.38. Затеи ЧМ колебание, сдвинутое по фазе на угол ~рз=я~з(бы(1)1, а также ис- ходное ЧМ колебание преобразуются в меандровые напряжения, посту- пающие на схему совпадения (перемножнтель). В результате на выходе перемножителя, называемого «дете кто р о м п р о н з в е д е н и яъ, по- лучаются прямоугольные импульсы, длительность которых изменяется пропорционально углу ~рм а следовательно, и девиации ЧМ колебания. Дальнейшая миниатюризация ЧД достигается при использовании опор- ного гетероднна в виде мультнвнбратора, вырабатывающего стабильное ме- андровое колебание, с которым исходное ЧМ колебание, также преобразо- ванное в меандр, сравнивается в фазовом детекторе (перемножнтеле).
В ре- зультате достигается такой же эффект„что и в описанном выше ЧД, но без колебательного контура. Таким образом, полностью исключаются катушки нндуктивности и открывается возможность перехода на интегральные мик- росхемы. Рассмотрим теперь принцип работы фазового детектора. Пусть фаза высокочастотного колебания, подлежащего детектированию, нзменяется по закону 0 (1). Если такое колебание подать на обычный частотный детектор, реагирующий на изм ененне мгновенной частоты колебания, то напряжение на выходе детектора и,„„(1) = 8, Лы (1) = 5,„—, дВ 0) (8.69) сй т. е. выходное напряжение будет пропорционально производной фазы входного колебания.
Отсюда видно, что для осуществления фазового детектирования можно использовать обычный частотный детектор. Необходимо лишь дополнить его корректирующей цепью, осуществляющей интегрирование 25! 8.! !. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ СИГНАЛА В радиотехнике часто требуется осуществить сдвиг спектра сигнала по оси частот на определенное постоянное значение при сохранении струкгуры сигнала. Такой сдвиг называется п р е о б р а з о в а и и е м ч а с г-оты. Для выяснения сути процесса преобразования частоты вернемся к вопросу о воздействии на нелинейный элемент двух напряжений, кратко рассмотренному в з 8.4. Однако в данном случае только одно из колебаний, именно то, которое создается вспомогательным генератором (гетеродином), будем считать гармоническим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
