Разнообразные схемы фазового детектора по принципу действия можно разделить на две большие группы: нелинейные векторомерные и параметрические. Классификация фазовых детекторов приведена на рисунке К векторомерным относятся фазовым детекторам, в которых выходное напряжение Uвых.фд(t) образуется сравнением амплитуд векторных сумм и разности колебаний U1(t) и U2(t) с помощью нелинейных элементов и последующего детектирования результирующего сигнала.
Детекторы (дискриминаторы) этой группы используют на высоких частотах. Наиболее распространенными дискриминаторами этого типа являются балансные и кольцевые. Балансный фазовый детектор с квадратичными амплитудными детекторами эквивалентен перемножителю входных колебаний с последующей фильтрации высокочастотных составляющих.
Рис.2
К параметрическим относят детекторы, в которых преобразование разности фаз сигналов в выходное напряжение осуществляется при помощи линейных цепей с переменными параметрами. Параметры линейных цепей можно изменять плавно или скачкообразно. Параметрические фазовые детекторы часто называют коммутационными. В коммутационных фазовых детекторах одно из колебаний, называемое опорным, периодически изменяет параметры электрических цепей. В качестве коммутатора (ключа) применяют механические прерыватели; электронные и транзисторные схемы. Коммутационные фазовые детекторы используются обычно на сравнительно низких частотах (до сотен килогерц). В ряде случаев, в том числе когда требуется специальная характеристика фазового детектора, например в цифровых синтезаторах частоты, используются импульсно-фазовые дискриминаторы.
|
|
Как уже было сказано выше фазовым детектором называют устройство предназначенное для создания напряжения, пропорционального разности фаз между сигналом и опорным колебанием. Если на входе фазового детектора действует напряжение: uвх = Uвх cos[ ], то продетектированное напряжение
Ед = Кфд .
Так как в спектре напряжения на выходе фазового детектора имеются частотные составляющие, которых не было в спектре uвх, то для реализации фазового детектора нельзя использовать линейную схему с постоянными параметрами. Фазовое детектирование нельзя также осуществить с помощью простой безынерционной нелинейной системы. Например, постоянная составляющая тока диодного детектора зависит от амплитуды входного напряжения и не зависит от эго фазы и частоты. Поэтому фазовый детектор можно выполнить на основе линейной системы с переменными параметрами.
Структурная схема фазового детектора показана на рисунке (3);
|
|
Рис.3
На этой схеме частота гетеродина (опорное напряжение)
Под действием опорного напряжения u0 меняется активный параметр схемы, обычно это крутизна S.
Напряжение на выходе с коэффициентом передачи Кд :
Рис.5
Согласно рисунка 5 напряжение ЕД на входе фазового детектора зависит от входного сигнала; вид зависимости ЕД от определяется отношением Uвх/U0 . В общем случае характеристика детектирования существенно отличается от косинусоиды.
Если Uвх>U0 то,
(3);
Таким образом, при малых амплитудах входного сигнала характеристика детектирования однотактного диодного фазового детектора имеет косинусоидальную форму. Если , то
;
в этом случае характеристика детектирования представляет собой циклоиду рисунок 5 сильно отличается от косинусоиды.