Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 83
Текст из файла (страница 83)
В этом случае ток через емкость С сдвинут на 90', т. е. находится в квадратуре к напряжению иг(1). Очевидно, что при резонансе ив(1) также сдвинуто на 90' относительно сй(Г). Отклонение частоты от резонансной иа величину Ь,( приводит к тому, что напряжение иа(1) получает дополнительный фазовый сдвиг Ь~р(1) =агс1а(2ЯЬ,1(1) Я. При выполнении условия Я«)о/2Ьп (1) ь| (1) = 2ЯЖ((г) 7(о (17.32) Для частотной модуляции Ь!Пг) =М-Р(1), (17.33) ге Ь( — девиация частоты; г(1) — нормированная функция времени, соответствующая передаваемому сигналу, например сои(ау.
41а Рас. 47.42. Структурная схема ФАПЧ Считаем, что и,(!) =спнор(!); и,(!) =з1п[Ф(!)+Л4(!)1. Произведение напряжений и, (!) ия(!) =сов Ф(!) [з(п Ф(!)сов ЛФ(!) + +сов Ф(!) з(пЛ~Р(!)) =05з(п 2ср(!)+ +05 ып Лср(!) соз 2ф(!) +05 з1п йр(!). (17.34) Первые два члена отсеивает фильтр нижних частот. В последнем члене из-за малости Лср(!) можем считать синус равным углу. Согласно (17.32) и (1733) последний член характеризует модулирующее напряжение, что соответствует частотному детектированию.
Квадратурное детектирование широко применяется в современных радиоприемниках. Выпускается много интегральных микросхем для квадратурного детектирования, к которым подключается внешний колебательный контур. В качестве перемножителя используется дифференциальный усилитель. При достаточно больших амплитудах он работает в ключевом режиме. В результате одновременно осуществляется и амплитудное ограничение.
Применение ФАПЧ для частотного детектирования. На рис. 17.42 показана структурная схема ФЛПЧ. Схема содержит перемножитель напряжения сигнала и местного гетеродина. При совпадении частот сигнала и гетеродина и фазовом сдвиге 90' на выходе фильтра нижних частот напряжение равно нулю. Отклонение частоты сигнала от частоты гетеродина создает между ними фазовый сдвиг и на выходе появляется напряжение, пропорциональное этому сдвигу. Это было показано при объяснении работы квадратурного детектора. Напряжение на выходе фильтра нижних частот, управляющее частотой перестраиваемого гетеродина, используется в качестве выходного сигнала — результата частотного детектирования.
!7Л4. ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР Фазовым детектором называется устройство, напряжение на выходе которого зависит от разности фаз двух сравниваемых напряжений одной частоты или очень близких частот. Фазовые детекторы применяются в широком диапазоне частот от нескольких десятков герц до десятков мегагерц. Схема фазового детектора показана на рис. 17.43. Напряжение иа диоде И)1 равно (71=04+Уп, а на диоде Л12 (>я = (74 — 17п.
27' Рис. 17.43. Схема фазового детектора и +пи оук и „-(н)Щ.хкд Ц -ид "У оа > бу Рнс. 17АЗ. Зависимость выходного напряжения фазового детектора от фазового сдвига между входными напряжениями Рис. 17А4. Векторная диаграмма напря. жений в фазовом детекторе: а — нри фазаном сдвиге между сравниваемыми ианряженавмн, равном вуаю; б — нрв фазовом сдвиге, равном ЗО' Напряжение на ныходе детектора пропорционально (приблизительно равно) разности модулей напряжений У1 и Уз.
с'еыа ) (Г!( (с'2( ° Выходное напряжение зависит от разности фаз напряжений (71 и Итт. На рис. 17.44,а показана диаграмма напряжений, когда фаЗОВЫй СДВИГ МЕЖДУ Сгг И Утт РаВЕН НУЛЮ. Векторная диаграмма напряжений Ь', и Уз при фазовом сдвиге между Ут и Уц, равном 90; показана на рис. 17.44, б. В этом случае выходное напряжение равно нулю. Зависимость выходного напряжения и,, от фазового сдвига ср между сигнальным и «опорным» напряжениями показана на рис.
17.45. Эта зависимость имеет вид и и — — Ргг(гг(+Уй+2УтУтгсоз ср— — (.г , 1Г. Г 217гигт . / И~,СЪ„ цз ца ~УГ цз цз (17.35) Если Ут= Угу=У, то и,,=)120(у"1+созфр-)11-соз р) =20 ~~сов т 1 — ~ з(п ф ~~. (17.36) Пусть одно из напряжений (уг, Угг меньше другого в несколько раз. Тогда, обозначая меньшее из двух напряжений через О, из (17.35) получаем и,„„= 2(7 соз ~р. (17.37) Фазовый детектор находит многочисленные применения в различных автоматических устройствах.
В качестве фазового детектора можно использовать схему дифференциального усилителя (см. $ 10.3), в котором опорное напряжение подается на базу или затвор транзистора, являющегося генератором стабильного тока, Напряжение, фаза которого сравнивается с опорным напряжением, подается на один из дифференциальных входов, а второй дифференциальный вход заземляется, либо сравниваемое напряжение подается на оба дифференциальных входа в противофазе. В $ 10.3 было показано, что согласно (10.10) приращение коллекторпого тока одного плеча дифференциального усилителя Ь'т = (7о/2)1)з(иэ(2(7 ), где 7з — ток генератора стабильного тока; иа — напряжение на дифференциальном входе относительно земли или разность напряжений на двух дифференциальных входах; ӄ— тепловой потенциал транзистора, равный при комнатной температуре примерно 25 мВ. При цд' Бт'.
Ь7к~ = (7о/4) (цэ(Ут)1 б7кг= — Л1хь Пусть цд=(7~дсоз(ы1+ф); 1з=уч=+7~осозЫ. Тогда Л1„, = (114и,) (1, +7, 1) и, . ( 1+р) = = (1(4()т) ((о=+!„,о сов ы1) У,„а(соз в1соыр — з1п Ы з1п ~р). Приращение постоянной составляющей коллекторного тока Л~х== (1!8(7т) 7то()тд соз ф. Следовательно, дифференциальный усилитель в этом случае выполняет роль фазового детектора. Приращение постоянной составляющей коллекторного тока создает приращение постоянной составляющей коллекторного напряжения, пропорциональное амплитуде сигнала на дифференциальных входах и косинусу сдвига фаз между напряжением сигнала и опорным напряжением, приложенным к входу генератора стабильного тока.
Разность напряжений между коллекторами пропорциональна разности приращения коллекторных токов: Ь1к~ — М~~=2Жтс~= Я4(/,)! ~1> и соыр. (17.38) Чтобы убрать высокочастотные составляющие, на выходе применяют фильтр нижних частот. С этой целью достаточно включить конденсатор между коллекторами дифференциального усилителя.
Одновременное фазовое детектирование двух напряжений (сигнала и помехи), теоретическое и экспериментальное, описано в 133). Рассмотрен случай, когда помеха действует в обоих каналах и в одном из каналов фазового детектора. В последнем случае для улучшения отношения сигнал-шум желательно значительно повышать напряжение канала фазового детектора, где помеха отсутствует, по отношению к напряжению канала с помехой, !735. СИНХРОННОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ Синхронным детектированием называется амплитудное детектирование высокочастотных (или низкочастотных) колебаний при одновременной подаче на детектор напряжения сигнала и опорного напряжения, совпадающих по частоте и фазе. В 5 17.10 рассматривалось одновременное детектирование двух напряжений.
Было показано, что сильная помеха подавляет слабый сигнал. Применение синхронного детектирования позволяет добиться того, чтобы подавления сигнала помехой не было. При синхронном детектировании не сигнал, а помеха является меньшим напряжением, амплитуда которого равна амплитуде биений. Так как при синхронном детектировании амплитуда помехи на выходе равна амплитуде помехи на входе, а полезная модуляция сигнала не подавляется, отношение сигнал-помеха на выходе синхронного детектора равно отношению сигнал-помеха па его входе, При синхронном детектировании выделение сигнала из помехи производится в основном после детектора. Выделяются постоянное напряжение или посылки постоянного тока, имеющие большую длительность, либо переменное напряжение с частотой модулирующего сигнала.
В любом из этих случаев на выходе детектора помещается узкополосный фильтр или, что то же самое, производится длительное накопление сигнала после детектирования. Без синхронного детектора такое накопление при сильной помехе неэффективно. Можно показать, что при синхронном детектировании (или при сильном сигнале) отношение сигнал-помеха по напряжению на выходе приемника в результате накопления увеличивается в число раз, пропорциональное величине )БАЛТ/Лг", где Л) — полоса до детектора; Лг" — полоса после детектора. При приеме слабого сигнала без синхронного детектирования улучшение пропорционально величиие17 Л1/Лг", Например, при Л7= 10' и Лс'= 1О-' в первом случае увеличение отношения сигнал-помеха равно 10', а во втором — 30.
Следовательно, в данном случае синхронное детектирование позволяет увеличить отношение сигнал- помеха по напряжению на выходе в 30 раз. Главная трудность при синхронном детектировании заключается в получении синхронного с сигналом опорного напряжения. Обычно точное значение частоты сигнала неизвестно и напряжение, синхронное с сигналом, выделяется с помощью ФАПЧ. Система ФАПЧ также подвержена влиянию помех, во применение синхронного детектора с такой системой все же обеспечивает выигрыш в отношении сигнал-помеха, поскольку систему ФАПЧ можно сделать значительно более узкополосной, чем канал приема полезной информации. Синхронное детектирование в принципе можно осуществить, используя обычный амплитудный детектор, но лучше применять фазовый детектор или одну из его модификаций, так как в отсутствие сигнала ва входе напряжение на выходе фазового детектора также отсутствует.
Наиболее часто применяют фазовый детектор с дифференциальным усилителем, описанный в предыдущем параграфе. При синхронном детектировании всегда выполняется условие иа((1?„поэтому с высокой степенью точности А1кь = (?о!4) ~па/1?т). Синхронное детектирование можно осуществлять при двух режимах работы: линейном и коммутационном, подавая синхронное напряжение на дифференциальный вход или вход генератора стабильного тока. Конечно, в обоих случаях синхронное опорное напряжение во много раз должно превышать напряжения сигнала и помехи. При этом в синхронном детекторе напряжения сигнала и помехи умножаются ва синхронное напряжение синусоидальной или прямоугольной формы. На выходе синхронного детектора всегда ставится фильтр нижних частот, отсеивающнй все высокочастотные колебания. Как и в фазовом детекторе, дифференциальный усилитель выполняет роль перемпожителя двух напряжений: сигнального в опорного.
На рис. 1?.46 приведена схема д синхронного детектора с диффе- л. репциальпым усилителем на микросхеме К118УД1, принципиальная схема которого приведена а „ на рис. 10.5. Сигпал подастся на и "'""л' ' маа аь вход генератора стабильного то- к ка, а опорное напряжение — па "Фь'ь" »" lт ль~ й юьаь ю и вход ?О через параллельную ттС- агя цепочку соединен с землей.
ет Если напряжение сигнала невелико и имеет амплитуду Ц Рис. 1?дй СинхРонный детектор, ис- иольауюший в качестве иереинохка опорное напряжение имеет ам тели дифференциальный усилитель плитуду У а(2У,=50 мВ, то на микросхеме К118УД! согласно '(17.38) разиостный постоянный ток равен (1/4и,)/,(/т д с При синхронном детектировании опорное напряжение подаетСя СнифаЗНО С СИГНаЛОМ, ПОЭтОМу СОЗ Сд=!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
