Рассмотрим временные диаграммы преобразования радиосигнала РЛС на примере, предложенном на рисунке ниже (Цель находится точно над точкой равносигнального состояния.)

 

 

 

 

 

 

Фазовый детектор

 

Фазовым детектором (ФД) называется устройство, напряжение на выходе которого зависит от разности фаз двух сравниваемых напряжений одной частоты или очень близких частот.

ФД применяется в широком диапазоне частот от нескольких десятков Гц до десятков МГц.

Электрическая схема ФД показана на рисунке 5.

 

Рисунок 5 - Электрическая схема фазового детектора

 

Напряжение на диоде VD1 равно , а на диоде VD2 .

Напряжение на выходе ФД пропорционально (приблизительно равно) разности модулей напряжений U₁ и U₂:

 

 

Выходное напряжение зависит от разности фаз напряжений U₁ и U_II. На рисунке 6 показана диаграмма напряжений, когда фазовый сдвиг между U₁ и U_II равен нулю.

Векторная диаграмма напряжений U₁ и U₂ при фазовом сдвиге между U₁ и U_II, равном 90^○, показана на рисунке 7. В этом случае выходное напряжение равно нулю.

 

Рисунок 6 - Векторная диаграмма напряжений в фазовом детекторе при фазовом сдвиге между сравниваемыми напряжениями, равно нулю

 

Рисунок 7 - Векторная диаграмма напряжений в фазовом детекторе при фазовом сдвиге, равно 90^○

 

Зависимость выходного напряжения u_вых от фазового сдвига  между сигнальным и «опорным» напряжениями показана на рисунке 8.

 

Рисунок 8 - Зависимость выходного напряжения фазового детектора от фазового сдвига между входными напряжениями

Эта зависимость имеет вид

 

(6)

 

Если U_I = U_II = U, то

 

          (7)

 

Пусть одно из напряжений U_I, U_II меньше другого в несколько раз. Тогда, обозначая меньшее из двух напряжений U, из формулы (6) получаем

 

                                     (8)

 

В качестве ФД можно использовать схему дифференциального усилителя, 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.

Приращение коллекторного тока одного плеча дифференциального усилителя имеет вид

 

                                     (9)

где,

I₀ - ток генератора стабильного тока;

u_Д - напряжение на дифференциальном входе относительно земли или разность напряжений на двух дифференциальных входах;

U_Т - тепловой потенциал транзистора, равный при комнатной температуре примерно 25 мВ.

При u_Д < U_Т:

 

                                       (10)

                                          (11)

 

Пусть

 

                           (12)

                             (13)

 

Тогда

 

              (14)

 

Приращение постоянной составляющей коллекторного тока

 

                             (15)

Следовательно, дифференциальный усилитель в этом случае выполняет роль ФД. 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:

 

        (16)

 

Чтобы убрать высокочастотные составляющие, на выходе применяют фильтр нижних частот.

Смеситель

 

Смеситель (См) является нелинейным элементом и служит для преобразования принятого сигнала в другой, более удобный для усиления и обеспечения хорошей избирательности.

Электрическая схема простейшего См показана на рисунке 9.

 

Рисунок 9 - Электрическая схема смесителя

 

Преобразование состоит в изменении частоты несущей при сохранении закона модуляции сигнала. На рисунке 10 показан входной сигнал См с несущей частотой fc и гармоническим законом модуляции с частотой F. Спектр этого сигнала будет иметь вид, изображенный на рисунке 11.

 

Рисунок 10 - Входной сигнал смесителя с несущей частотой f_c и гармоническим законом модуляции с частотой F

 

Рисунок 11 - Спектр входного сигнала смесителя с несущей частотой f_c и гармоническим законом модуляции с частотой F

 

На рисунке 12 показано выходное напряжение См. Его несущая частота fпр меньше несущей входного сигнала, но закон модуляции тот же. На рисунке 13 изображен спектр выходного сигнала.

 

Рисунок 12 - Выходное напряжение смесителя с несущей частотой f_пр и гармоническим законом модуляции с частотой F

Рисунок 13 - Спектр выходного напряжение смесителя с несущей частотой f_пр и гармоническим законом модуляции с частотой F

 

Сравнивая рисунки 11 и 13, можно заметить, что все составляющие спектра выходного сигнала смещены влево (в сторону меньших частот) относительно соответствующих составляющих входного сигнала на частоту fc – fпр. Поэтому иногда говорят, что См производит линейное смещение спектра по шкале частот. Оно в принципе может происходить и в сторону больших частот.