ЧД на основе амплитудного детектора

Частотные детекторы (ЧД)

Синхронный фазовый детектор

, где j_c - информационная фаза.

.

После фильтрации на выходе получим: U@

ЧД осуществляют мгновенное преобразование частоты входного сигнала в амплитуду выходного сигнала, изменяющегося по закону модулирующего сообщения.

Основные параметры:

1. Детекторная характеристика (ДХ):

U= j(f), U_c = const,

f₀ - центральная частота (частота перегиба характеристики). Только такая форма ДХ используется в системах АПЧ (цифрами 1 и 2 обозначены формы скатов).

а) Крутизна детекторной характеристики:

, при f = f₀.

б) Полоса характеристики: Df_чд;

в) Область линейности характеристики: Df;

г) Форма скатов характеристики (влияют на работу систем АПЧ).

2. Входное сопротивление.

3. Выходное сопротивление.

4. Допустимое искажение выходного сигнала при изменении U_c.

Если ЧД используется в основном тракте приемника ЧМ сигнала, то здесь должна быть обеспечена широкая полоса и большая область линейности ДХ.

В случае, если ЧД является чувствительным элементом системы АПЧ, то здесь главные требования: детекторная характеристика должна проходить через «0» и должна иметь максимальную крутизну.

Все разновидности ЧД делятся на две группы:

Первый вид. В данных ЧД на первом этапе ЧМ сигнал преобразуется в АМ сигнал, на втором этапе этот сигнал подвергается амплитудному детектированию;

Второй вид. ЧМ сигнал преобразуется в ФМ сигнал, который подвергается фазовому детектированию.

Входной сигнал ЧД можно представить в виде:

, (*)

где j_c - закон модуляции ЧМ сигнала.

На первом этапе необходимо преобразовать (без искажений и потери информации) ЧМ сигнал в АМ сигнал.

Первый вариант построения такого преобразователя – это применение дифференцирующей цепи (ДЦ). Для идеальной дифференцирующей цепи передаточная функция записывается в виде:

На вход ДЦ поступает U_вх (*), тогда выходное напряжение можно записать в виде: , т.е. выходное напряжение по амплитуде пропорционально информационному ЧМ сигналу.

Второй вариант построения преобразователя – это применение идеального избирательного устройства, АЧХ которого имеет следующий вид:

Тогда, применяя такое избирательное устройство в виде расстроенного колебательного контура, в котором w_с ≠ w₀, входной ЧМ сигнал преобразуется в выходной АМ сигнал. Физический смысл такого преобразования поясняется на рисунке, приведенном ниже:

В результате схему такого ЧД можно представить в виде:

Главные недостатки данной однотактной схемы: малая крутизна детекторной характеристики, малая область ее линейности и узкая полоса. Поэтому обычно на практике применяют схему балансного ЧД:

a - обобщенная расстройка:

,

Df₀ = f_p1 - f_p2,

Df = f - f₀

d_э - эквивалентное затухание колебательного контура:

,

где: С_S - эквивалентная емкость колебательного контура, которая равна:

, где m₁ и m₂ - коэффициенты включения транзистора к контуру и диодного детектора к контуру соответственно;

R_экв - эквивалентное резонансное сопротивление колебательного контура (собственное сопротивление контура параллельное выходному сопротивлению транзистора и параллельное входному сопротивлению АД).

В результате детекторная характеристика такого ЧД запишется в виде:

U= K_d K₀ U_вх y(a),

где: K₀ = S R_экв / M – коэффициент усиления резонансного усилителя на резонансной частоте;

K_d - коэффициент передачи АД,

- нормированная детекторная характеристика.

Достоинства ЧД: большая крутизна, большая область линейности, большая полоса, и детекторная характеристика проходит через ноль, т.е. схему можно применять в АПЧ.

Недостаток: зависимость детекторной характеристики от амплитуды входного сигала, т.е., если U_вх меняется, то появляется паразитная АМ сигнала.

Подобные ЧД распространены в приемниках СВЧ диапазона. Они используются для демодуляции несущего колебания, а также являются чувствительным элементом системы АПЧ.

Основу данных ЧД с преобразованием ЧМ сигнала в АМ сигнал составляет высокодобротный избирательный колебательный контур:

Структурная схема, реализующая ЧД в приемнике СВЧ диапазона:

МК – модулирующий контур.