Фазовый детектор

Детектирование сигналов с угловой модуляцией.

При детектировании ФМ и ЧМ сигналов они предварительно преобразуются в колебания с АМ и затем детектируются амплитудным детектором. Такое преобразование необходимо потому, что нелинейные элементы реагируют на изменения амплитуды, а не частоты.

В радиосигналах с ФМ измене­ние приращения фазы повторяет закон модулирующего сигнала (сообщения):

.

Фазовый детектор – это устройство, формирующее выходной сигнал, закон изменения которого соответствует закону изменения фазы входного сигнала.

Для этого в фазовом детекторе производится: перемножение двух сигналов одинаковой частоты:

входного радиосигнала , (4)

опорного колебания (вырабатывается генератором опорного напряжения), и усреднение полученного резуль­тата по времени с помощью фильтра нижних частот.

Обобщенный вид структурной схемы ФД представлен на рисунке 6.

Рис. 6. Обобщенная структурная схема фазового детектора

Форма записи выходного напряжения ФД меняется для различных условий. Так, если амплитуда опорного колебания постоянна, то выходное напряжение ФД будет определяться выражением

, (5)

где - коэффициент передачи ФД.

Из выражения (5) видно, что выходной сигнал ФД пропорционален косинусу разности фаз подводимых к нелинейному элементу сигналов.

Вообще зависимость от величины разности фаз, действующих на входе напряжений, называется его дискриминационной характеристикой.

Из выражения (5) следует, что напряжение на выходе ФД с точностью до постоянного множителя повторяет закон передаваемого сообщения. Вместе с тем также зависит от амплитуды входного сигнала . Для устранения этой зависимости используются схемы АРУ или ограничители.

Частотный детектор.

В радиосигналах с ЧМ изменение приращения частоты повторяет закон изменения мо­дулирующего сигнала (сообщения), т. е.

. (6)

ЧД предназначен для выделения НЧ модулирующего колебания из входного ЧМ-колебания.

На выхо­де ЧД вырабатывается напряжение , меняющееся во времени сог­ласно модуляционным изменениям мгновенной радио- или проме­жуточной частоты принимаемого сигнала.

Зависимость напряжения от частоты колебаний на вхо­де называется детекторной (дискриминационной) характеристи­кой ЧД .

Частота , при которой напряжение на выходе ЧД рав­но нулю, называется переходной.

Часто дискриминационной ха­рактеристикой ЧД называют зависимость этого напряжения от расстройки , т.е. .

Для линейного участка этой характеристи­ки справедливо соотношение

, (7)

где - коэффициент передачи ЧД.

Для детектирования входного ЧМ-сигнала в частотном детекторе, также как и в фазовом детекторе, этот сигнал преобразуется в АМ-колебания. Эта задача решается с помощью различных линейных цепей и в частности резонансного контура.

На рисунке 7 представлена структурная схема ЧД. Из схемы следует, что ЧД включает в свой состав: два расстроенных контура (это полосовые фильтры ПФ₁ и ПФ₂), нагруженных на амплитудные детекторы АД₁ и АД₂ и вычитающее устройство.

a)

б)

в)

Рис. 7. Частотный детектор (а); амплитудно-частотные характеристи­ки

расстроенных контуров (б); дискриминационная характеристика ЧД (в)

Принцип работы ЧД поясняется графиками, изображенными на рисунке 7, б и на рисунке 7, в.

Полосовые фильтры ПФ1 и ПФ2 расстроены на величину . Амплитуда напряжения, подавае­мого с контура на амплитудный детектор, зависит от частоты .

Полосовые фильтры ПФ1 и ПФ2 характеризуются соответствующими АЧХ (рис. 7, б), которые пересекаются в точке переходной частоты . Входной сигнал u _с(t) подается одновременно на оба ПФ, на выходе каждого из которых формируется АМ-сигнал, величина которого зависит от частоты u _с(t).

Сформированные АМ-колебания демодулируются в соответствующих АД и подаются на вычитающее устройство.

В результате, если ЧМ-колебания больше , то и .

При , .

Указанную зависимость от величины расстройки показывает дискриминационная характеристика ЧД.

Исходя из вида последней становится понятным, что ЧД осуществляет демодуляцию входного сигнала без искажений если разность амплитуд напряжений АД₁ и АД₂ будет лежать в пределах линейной части дискриминационной характеристики.

С учетом вида АЧХ ПФ1 и ПФ2 в окрестности точки напряжение на выходе ЧД будет иметь вид: , (8)

где: - коэффициент передачи ЧД

- величина расстройки частоты с течением времени.

Из выражения (8) видно, что на выходе ЧД, выпол­ненного на расстроенных контурах, в пределах ширины дискри­минационной характеристики напряжение повторяет закон изменения частоты ЧМ-радиосигнала.

Дата добавления: 2014-01-04