704_Mikushin_A.V._Skhemotekhnika_mobil'nykh_radiostantsij_

При глубине модуляции m = 0,5 нелинейные искажения достигают 10 %, а при m = 1 – уже 25 %. Такой уровень нелинейных искажений недопустим для современной аппаратуры. График зависимости нелинейных искажений от глубины модуляции в диодном детекторе приведен на рисунке 2.168.

Рисунок 2.168. Зависимость нелинейных искажений от глубины модуляции в диодном детекторе

Внастоящее время в качестве амплитудных детекторов обычно используются синхронные детекторы. Основным узлом синхронного детектора является аналоговый умножитель. Для того, чтобы умножитель осуществил перенос спектра сигнала промежуточной частоты на нулевую частоту (осуществил амплитудную демодуляцию сигнала), нужно на второй вход аналогового умножителя подать напряжение промежуточной частоты с фазой, совпадающей с фазой принимаемого сигнала. Подробно принципы работы синхронного детектора были рассмотрены при обсуждении принципов работы приемника прямого преобразования.

Вэтой схеме очень важно, чтобы сигнал, поступающий на один из входов умножителя, собранного на транзисторах имел постоянную амплитуду. Только

вэтом случае сигнал на выходе схемы будет пропорционален амплитуде входного сигнала. Если же амплитуда сигнала на обоих входах умножителя будет изменяться, то мы получим квадратичный амплитудный детектор, сигнал на выходе которого будет пропорционален не амплитуде сигнала, а его мощности.

Для выделения опорного сигнала в современных радиоприемных устройствах применяется усилитель-ограничитель. На выходе усилителяограничителя формируется сигнал промежуточной частоты с прямоугольной формой и постоянной амплитудой. Этот сигнал подается на один из входов умножителя сигналов. На второй вход умножителя сигналов подается неограниченный сигнал промежуточной частоты с амплитудной модуляцией. Его уровень поддерживается на постоянном уровне системой автоматической регулировки усиления (АРУ). Структурная схема подобного амплитудного детектора приведена на рисунке 2.169.

181

Рисунок 2.169. Структурная схема амплитудного детектора, выполненного на аналоговом умножителе сигналов

Временные диаграммы сигналов на входах и выходе умножителя сигналов схемы синхронного амплитудного детектора приведены на рисунке 2.170. На этом рисунке показан сигнал, модулированный по амплитуде синусоидальным сигналом с индексом модуляции близким к единице.

Рисунок 2.170. Временные диаграммы сигналов на входах и выходе умножителя

182

Как видно из приведенных временных диаграмм сигналов, видимые искажения на выходе схемы отсутствуют. Пример упрощенной принципиальной схемы амплитудного демодулятора, выполненного по схеме синхронного детектора, приведен на рисунке 2.171. Вместо генераторов тока на транзисторах в ней показаны резисторы R1 ... R4.

Усилитель-
ограничитель
R1	R2
VT1 VT2
Вход АМ

	Умножитель
			+Uп
R3	R4
			Выход
	VT5		НЧ
VT3		VT6	VT8
	VT4	VT7

Рисунок 2.171. Схема АМ детектора на кольцевом умножителе сигналов

В данной схеме амплитудного детектора на один вход кольцевого умножителя (транзисторы VT4 и VT7) подается усиленный сигнал с амплитудной модуляцией, а на другой вход тот же самый сигнал, но ограниченный по амплитуде усилителем-ограничителем, собранным на транзисторах VT1 и VT2. В результате на выходе схемы появляется напряжение модуля входного сигнала (амплитуда входного сигнала).

Для окончательного выделения модулирующего сигнала достаточно подавить напряжение удвоенной промежуточной частоты, присутствующее в сигнале на выходе амплитудного детектора. Это легко делается при помощи обычного конденсатора.

Схема балансных амплитудных детекторов, выполненная на кольцевых умножителях, часто применяется в составе микросхем, применяемых в современных радиовещательных приемниках. В качестве примера, на рисунке 2.172 приведена схема включения микросхемы приемника амплитудных видов моду-

ляции TDA1072.

183

Рисунок 2.172. Схема АМ приемника на микросхеме TDA1072

В этой схеме на одном кристалле расположены все рассмотренные ранее блоки радиоприемного устройства. На входе микросхемы сигнал поступает на усилитель радиочастоты (RF preamplifier), затем он подается на балансный транзисторный смеситель (Balanced mixer).

С выхода балансного смесителя (вывод 1) сигнал через пьезокерамический фильтр промежуточной частоты поступает на вход (выводы 3 и 4) усилителя промежуточной частоты (Controlled IF amplifier), охваченного цепью АРУ. Его выход соединен с балансным амплитудным детектором.

После усиления демодулированного сигнала усилителем низкой частоты (IF amplifier) звуковой сигнал снимается с вывода 6. Для контроля уровня принимаемого сигнала к девятому выводу микросхемы может быть подключен амперметр, который превращается в индикатор уровня при помощи резистора

RL9.

184

2.3.15. Фазовый детектор

Для определения фазы неизвестного колебания требуется точка отсчета, которая будет определять начало координат. Обычно в качестве такой точки отсчета выступает опорное синусоидальное колебание, вырабатываемое местным генератором (гетеродином). При этом для выделения фазы можно воспользоваться тригонометрическим тождеством:

(1)

При условии равенства частот принимаемого сигнала и гетеродина формула преобразуется к виду:

(2)

Напряжение с удвоенной частотой принимаемого сигнала (удвоенной промежуточной частотой) на выходе фазового детектора легко подавляется фильтром низких частот и в дальнейшем анализе не учитывается:

(3)

Учитывая, что синус малого угла равен значению самого угла, на выходе аналогового умножителя сигналов присутствует напряжение, пропорциональное фазе принимаемого сигнала. Иначе говоря, в качестве фазового детектора может выступать аналоговый умножитель сигналов, к одному из входов которого подключен генератор с частотой, равной частоте принимаемого сигнала.

К сожалению, из той же формулы напряжения на выходе умножителя сигналов видна зависимость выходного напряжения от амплитуды входного сигнала и сигнала местного генератора (гетеродина). Поэтому перед детектированием фазомодулированного сигнала в фазовом детекторе напряжение входного сигнала должно быть ограничено по амплитуде.

В ряде схем фазовых детекторов в результате ограничения или по ряду других причин (синтезатор частот, умножитель тактовой частоты) применяются сигналы с логическими уровнями. В этом случае в качестве цифрового фазового детектора можно применить схему "исключающего или".

Структурная схема фазового детектора, реализованная по описанному выше принципу, приведена на рисунке 2.173.

185

Рисунок 2.173. Структурная схема фазового детектора

Форма напряжения на выходе ограничителя амплитуды приближается к прямоугольной форме сигнала со скважностью равной двум. Напряжение (или ток) на выходе местного генератора (гетеродина) тоже стараются получить прямоугольной формы. Для более точного формирования прямоугольного сигнала гетеродина с равной длительностью положительного и отрицательного значения достаточно часто применяют генератор с удвоенной частотой. Затем понижают ее на двоичном делителе (T-триггере). В результате формула (3) преобразуется к следующему виду:

(4)

Линейный участок передаточной характеристики фазового детектора в результате применения прямоугольных колебаний расширяется до диапазона . Пример передаточной характеристики фазового детектора AD9901 приведен на рисунке 2.174.

Рисунок 2.174. Передаточная характеристика фазового детектора AD9901

Отклонение передаточной характеристики от линейного закона в микросхеме вызвано ее конечным быстродействием.

186

2.3.16. Частотный детектор

Задача выделения закона изменения частоты из принимаемого сигнала встречается очень часто. Эта задача встречается как при приеме сигналов с аналоговыми методами частотной модуляции, так и при приеме сигналов с цифровыми методами модуляции, такими как FFSK или GMSK. Мы даже не задумываемся, слушая FM-радиостанции в салоне автомобиля или на природе, что в портативном или автомобильном радиоприемнике звук выделяется из радиосигнала при помощи частотного детектора. Набирая номер по сотовому телефону, мы тоже используем данное устройство. Поэтому в настоящее время любой специалист, который ищет работу по специальности, связанной с радио должен представлять принципы работы частотного демодулятора.

В данной статье не будут рассматриваться такие музейные раритеты как детектор отношений или дробный детектор. Сейчас частотные детекторы строятся на основе аналоговых умножителей частоты. Сигнал с частотной модуляцией синусоидальным низкочастотным модулирующим сигналом описывается следующим математическим выражением:

Прежде чем перейти к конкретным схемам частотных детекторов обратимся к математическому определению понятия частоты:

Из этой формулы видно, что частота и фаза входного колебания жестко связаны друг с другом операцией дифференцирования (интегрирования). Для детектирования частотно-модулированных колебаний можно применить схему фазового детектора, а затем продифференцировать выходное напряжение на дифференцирующей RC-цепочке.

Структурная схема частотно-фазового детектора, реализованная по описанному выше принципу, приведена на рисунке 2.175.

Рисунок 2.175. Структурная схема частотно-фазового детектора

187

В данной схеме узкополосный контур производит преобразование частот- но-модулированного колебания в фазомодулированное колебание за счет фазочастотной характеристики узкополосного контура. Воспользовавшись рассмотренной нами раньше принципиальной схемой аналогового умножителя сигналов, получим принципиальную схему частотного детектора.

				+Uп
	R1	R2	R3	R4
Фазосдвигающая					Выход
					НЧ
цепочка			VT5
		VT3		VT6	VT8
С2	L1
С1				С3
			VT4	VT7

Вход АМ

Рисунок 2.176. Принципиальная схема частотно-фазового детектора

Подобные схемы фазовых детекторов широко используются в технических решениях радиоприемных устройств. Схему включения частотного детектора микросхемы SA616 в составе тракта второй промежуточной частоты радиостанции можно посмотреть на рисунке 2.163. Еще одна схема частотнофазового детектора, реализованного на отечественной микросхеме 174УР3 показана на рисунке 2.177.

Рисунок 2.177. Частотно-фазовый детектор на микросхеме 174УР3

188

Внастоящее время на подобном принципе работает большинство микросхем однокристальных ЧМ приемников, например микросхемы К174ХА26, MC3361, MC3371, SA636. Эти же микросхемы могут применяться и в составе более качественной аппаратуры при условии реализации первых усилительных каскадов приемника на более высококачественной элементной базе.

Вряде случаев для частотного детектирования применяется схема фазовой автоподстройки частоты. Она позволяет при малых затратах получить высокие качественные параметры частотного детектора в целом. Структурная схема подобного детектора приведена на рисунке 2.178.

Рисунок 2.178. Структурная схема частотного детектора реализованного на ФАПЧ

В данной схеме генератор подстраивается под частоту входного сигнала. На выходе фазового детектора вырабатывается сигнал ошибки подстройки частоты. Этот сигнал пропорционален девиации частоты входного частотномодулированного сигнала. Фильтр низких частот определяет полосу захвата цепи ФАПЧ.

Подобные схемы мы рассматривали при обсуждении особенностей построения гетеродинов и генераторов опорной и тактовой частоты.

2.3.17. Схемы автоматической регулировки усиления

Обычно уровень полезного сигнала на входе приемника меняется в зависимости от условий распространения сигнала. Поэтому для обеспечения уровня сигнала, необходимого для оптимальной работы умножителей квадратурного детектора, приходится изменять коэффициент усиления УРЧ. Для этого во входном устройстве применяется схема автоматической регулировки усиления (АРУ). Применение схемы АРУ увеличивает динамический диапазон приемника. Структурная схема приемника с системой АРУ приведена на рисунке 2.179.

189

Вх. устр.			Аттен.				ГТПр			Детектор	демодулированный
											сигнал
						Детектор
			УНЧ
							АРУ

Рисунок 2.179. Структурная схема радиоприемника с АРУ

В этой схеме сигнал с выхода усилителя высокой частоты поступает на детектор АРУ. На его выходе формируется постоянное напряжение, соответствующее уровню входного сигнала. Оно усилителем низкой частоты (УНЧ) усиливается до значения, необходимого для работы аттенюатора. В результате при превышении входным радиосигналом определенного заранее порога, аттенюатор ослабляет его до этого порога. В результате общий коэффициент усиления схемы уменьшается и искажений входного сигнала не возникает.

Рисунок 2.180. Амплитудная характеристика приемника, охваченного АРУ

При реализации приемника прямого усиления в системах связи, использующих сигналы с постоянной огибающей, вместо схемы усилителя, охваченного автоматической регулировкой усиления, обычно применяется усилительограничитель. Этот усилитель реализует те же самые функции, что и усилитель радиочастоты, охваченный АРУ, но его реализация при этом намного проще, а параметры обладают большей стабильностью.

2.3.18. Компенсационные стабилизаторы

Компенсационные стабилизаторы напряжения позволяют получить постоянное напряжение с минимальным значением пульсаций и шума, поэтому эти стабилизаторы применяются в узлах радиоаппаратуры, наиболее чувствительных к помехам. Более того! Если раньше в радиоэлектронном устройстве применялся один источник стабильного напряжения, а потребители разделялись

190