Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
КОУ, Л. 24,стр. 1
КОУ, Л. 24. СХЕМЫ ФАЗОВЫХ И ЧАСТОТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ
Вопросы лекции:
24.1. Частотный детектор с двухконтурным различителем (детектор
первого типа).
типа).
24.3. Частотные и фазовые детекторы на ИМС.
Частотные детекторы строят по двум основным схемам:
- В детекторах первого 1-го типа ЧМ непосредственно преобразуется в АМ, и далее осуществляется детектирование АМ сигнала.
- В детекторах 2-го типа ЧМ вначале преобразуется в ФМ, далее ФМ в АМ и затем детектируется АМ сигнал.
24.1. Частотный детектор с двухконтурным различителем (детектор
первого типа).
Частотный детектор с двухконтурным различителем (рис.24.1) применяется для детектирования широкополосных ЧМ сигналов.
Рис. 24.1 - Частотный детектор с двухконтурным различителем.
На входе ЧД включена ненастраиваемая индуктивность L. Полосу пропускания и АЧХ детектора в этом случае определяют контуры К1 и К2. Оба контура имеют индуктивную связь с катушкой L. Контуры К1 и К2 настроены на частоты f0+Δf и f0-Δf , где f0 - центральная частота детектора.
Если мгновенная частота сигнала f=f0 , то напряжения на обеих контурах равны U1 = U2, и после амплитудного детектирования напряжения U3 и U4 равны. Разностное выходное напряжение при этом равно нулю Uвых = 0.
При повышении частоты входного сигнала она приближается к резонансной частоте контура К1 (f0+ Δf) и отдаляется от резонансной
КОУ, Л.24, стр. 2
частоты контура К2 (f0- Δf). Соответственно увеличивается напряжение U1 и уменьшается напряжение U2. На выходе при этом получается напряжение положительной полярности на верхнем зажиме (R1, C1) и отрицательной на нижнем (R2, C2). При понижении частоты U1< U2, U3< U4 и Uвых< 0.
АЧХ контуров К2 и К3 приведены на рис.23.6б, там же построена суммарная кривая для участка cd, которой пропорциональна характеристика детектирования Uвых(f).
Рис. 24.2- АЧХ (а) и временная диаграмма работы (б) ЧД с
двухконтурным различителем.
АЧХ контуров К2 и К3 приведены на рис.24.2б, там же построена суммарная кривая для участка cd, которой пропорциональна характеристика детектирования Uвых(f).
На рис.24.2а приведена временная диаграмма ЧМ сигнала для синусоидального модулирующего колебания. Рис.24.2б показывает временную диаграмму выходного сигнала, который оказывается пропорциональным модулирующему сигналу.
24.2. Фазовый дискриминатор и дробный детектор( детекторы второго
типа).
Примером схемы второго рода является двухтактный балансный ФД, называемый также «фазовый дискриминатор» (рис. 24.3).
Схема ЧД на основе фазового дискриминатора (рис.24.3) содержит два колебательных контура настроенные на одну и ту же среднею промежуточную частоту.
КОУ, Л.24, стр. 3
Рассмотрим работу этой схемы. К диодам VD1 и VD2 подводятся равные и противофазные напряжения, амплитуда которых равна половине амплитуды напряжения на индуктивности контура К2.Схема симметрична, т.е контуры К1 и К2 настроены на среднюю промежуточную частоту, R3 = R4, C3 = C4.
Рис.24.3. Частотный детектор 2-го типа (фазовый дискриминатор).
Работу ЧД с ФД можно понять, если рассмотреть векторные диаграммы (рис. 24.5). Индуктивность Lдр включена параллельно контуру К1, поэтому на этой индуктивности падает напряжение U1. Действительно, по переменному току Lдр соединена с контуром К1 через конденсаторы С1 и С4.
Рассмотрим работу схемы для случая, когда промежуточная частота равна средней, той, которая будет при отсутствии модулирующего сигнала (рис.24.5а). Отложим вектор . Ток отстает от на угол 90 градусов. Магнитный поток совпадает по фазе с током .Этот поток наводит во втором контуре э.д.с. , которая отстает от потока на угол 90 градусов. До сих пор рассуждения, положенные в основу построения всех трех векторных диаграмм рис. 24.5 будут одинаковыми. Ток, протекающий через катушку совпадает по фазе с при резонансе контура.
Напряжения и сдвинуты относительно тока на угол 90 градусов и противофазны относительно средней точки. Сумма этих напряжений с вектором дает напряжения, подводимые к детектору и . Из построения видно, что , значит и после линейного детектирования напряжения будут равны, т.е. . Выходное напряжение образуется как сумма двух равных и противофазных напряжений, поэтому .
КОУ, Л.24, стр.4
а) б) в)
Рис. 24.5. Векторные диаграммы фазового дискриминатора:
а) При , б) При , в) При .
Если (рис 23.8б), то до вектора построение диаграммы идет также, как и в предыдущем случае. Для указанной частоты контур К2 имеет индуктивный характер, при этом ток отстает от э.д.с. на некоторый угол . Из дальнейших построений следует, что , следовательно и .
Рассмотрим третий случай, когда (рис.24.5в). До построения вектора все рассуждения не меняются. Контур К2 имеет емкостной характер, при этом ток опережает э.д.с. на некоторый угол . Далее по диаграмме , и .
У фазового дискриминатора остается недостаток ЧД с двухконтурным различителем – влияние на его работу паразитной амплитудной модуляции. Этого недостатка лишена схема дробного детектора или детектора отношений (рис. 24.6).
Рис.24.6. Схема электрическая принципиальная дробного детектора.
КОУ, Л.24, стр. 5
Принцип действия дробного ЧД такой же как у ФД, разновидностью которого он является. Напряжение, подводимое к диодам VD1 и VD2, зависит от частоты подаваемого на вход сигнала.
На средней промежуточной частоте эти напряжения одинаковы. Выходное напряжение равно разности потенциалов точек В и Г и пропорционально отношению напряжений на и и на и . Потенциал точки Г примем равным нулю (она соединена с корпусом). Так как точки А и Б замкнуты по переменному току через конденсатор большой емкости , то выходное напряжение равно разности напряжений на конденсаторах и . При равных напряжениях на конденсаторах и , .
При частоте на входе выше, чем средняя промежуточная частота , напряжение на конденсаторе оказывается больше, чем на конденсаторе , что приводит к положительному напряжению на выходе .
При частоте входного сигнала меньшей, чем средняя промежуточная частота, напряжение на конденсаторе оказывается меньше, чем на конденсаторе , что приводит к отрицательному напряжению на выходе .
Изменение амплитуды сигнала при воздействии помех приводит к одновременному изменению напряжений на конденсаторах и , что не отражается на работе схемы, так как выходное напряжение при этом не изменяется.
24.3. Частотные и фазовые детекторы на ИМС.
Современная схемотехника позволяет реализовывать частотные детекторы с применением микросхем. Частотный детектор входит как составная часть в микросхемы К174УР3, К174УР7, К174 ХА6, К174ХА26, К237ХА6 и других.
Для реализации многих электронных устройств широко используются операционные усилители (ОУ). Рассмотрим схему ЧД на операционном усилителе (рис. 24.7).
Рис.24.7. Схема частотного детектора, выполненного на
дифференцирующем ОУ.
КОУ, Л.24, стр. 6
Режим дифференцирования обеспечивается цепочкой частотно зависимой обратной связи RC, постоянная времени которой выбирается значительно меньше периода сигнала , АЧХ операционного усилителя с такой обратной связью линейно нарастает с ростом частоты. Двухтактный линейный диодный детектор на диодах VD1 и VD2 обеспечивает детектирование АМ сигнала. В результате на выходе амплитуда напряжения оказывается пропорциональной частоте входного сигнала.
Еще одна схема ЧД приведена на рис. 24.8. Детектор этот выполнен с применением схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и может быть реализован на микросхеме 174ХА4.
Рис. 24.8 Структурная схема ЧД с ФАПЧ: ФД – фазовый детектор, ФНЧ – фильтр нижних частот, УПТ – усилитель постоянного тока, Г – управляющий генератор (гетеродин).
Приведенная на рис. 24.8 схема является схемой автоподстройки частоты гетеродина. При рассогласовании частоты входного сигнала и частоты
гетеродина на выходе фазового детектора появляется напряжение рассогласования, которое пропорционально разности фаз частоты сигнала и гетеродина. Это управляющее гетеродином напряжение усиливается и через ФНЧ подается на выход.
Итоги занятия:
Частотный детектор с двухконтурным различителем имеет малые нелинейные искажения и широко применяется в приемниках ЖД радиостанций.
Детекторы ФМ и ЧМ сигналов строят с применением транзисторов и ИМС.
f0
вых
f0
f0+f
f
Δf
f0-f
a)
б)
с
d
uвых
t
б)
t