CCko 2 0 .

Таким образом, положительному приращению емкости соответствует отрицательное приращение частоты. Причем при малых относительных изменениях частоты имеется линейная зависимость между и C . Следовательно, для получения частотной модуляции достаточно изменять емкость варикапа по закону модулирующего сигнала.

От величины напряжения, прикладываемого к варикапу, зависит также сопротивление его p-n-перехода. Это приводит к изменению добротности колебательного контура автогенератора, следствием чего является паразитная амплитудная модуляция формируемого ЧМ-колебания. Данный недостаток рассмотренного метода модуляции проявляется при значительных амплитудах модулирующего сигнала.

8.7.Детектирование сигналов с угловой модуляцией

8.7.1.Общие принципы детектирования сигналов с угловой модуляцией

Радиосигналы с угловой модуляцией, имеющие вид uвх(t) Uн cos[ 0t (t)],

детектируются фазовыми и частотными детекторами.

Фазовый детектор (ФД) – это устройство, формирующее выходной сигнал, закон изменения которого соответствует закону изменения фазы входного высокочастотного сигнала (рис. 8.27,а).

Частотный детектор (ЧД) – это устройство, формирующее выходной сигнал, закон изменения которого соответствует закону изменения частоты входного высокочастотного сигнала (рис. 8.27,б).

а

Рис. 8.27. Фазовый (а) и частотный (б) детекторы

Известно, что между частотой и фазой гармонического колебания существует следующая зависимость:

		d (t)	t
	(t)		и (t) (t)dt.
		dt
			0

Поэтому с помощью частотного детектора можно выполнить фазовое детектирование, если выходной сигнал ЧД проинтегрировать. В свою очередь с

помощью фазового детектора можно выполнить частотное детектирование, если выходной сигнал ФД продифференцировать (рис. 8.28).

Рис. 8.28. Взаимосвязь между фазовым и частотным детекторами

8.7.2.Фазовые детекторы

Воснову построения фазовых детекторов положено определение разности фаз опорного напряжения uоп(t) Uоп cos 0t и фазомодулированного колеба-

ния uвх(t) Uн cos[ 0t (t)]. Напряжение uоп(t) называют опорным, поскольку отсчет фазы ведется относительно него. Для определения разности фаз осуществляется перемножение этих напряжений с последующим выделением необходимых составляющих фильтром низкой частоты. В качестве перемножителя обычно используют нелинейный элемент (диод, транзистор) с квадратичной характеристикой, благодаря чему в спектре тока этого элемента имеются составляющие, зависящие от разности фаз входных колебаний. Низкочастотный фильтр, связанный с нелинейным элементом, выделяет эти составляющие (рис. 8.29).

Рис. 8.29. Структурный состав фазового детектора

Схема фазового детектора на диоде и векторная диаграмма, поясняющая принцип формирования выходного напряжения, приведены на рис. 8.30.

Рис. 8.30. Схема фазового детектора

Диод VD и низкочастотный фильтр RC образуют по существу схему, подобную схеме амплитудного детектора. Схема фазового детектора характеризуется тем, что на диод воздействует сумма двух напряжений одинаковой частоты: опорного и фазомодулированного, т.е.

uд(t) Uоп cos 0t Uн cos[ 0t (t)].

Выходное напряжение ФД будет равно Uфд( ) KUд( ), где K – коэф-

фициент передачи низкочастотного фильтра, Uд( ) – амплитуда суммарного сигнала, воздействующего на диод.

Величину Uд( ) легко определить по векторной диаграмме

Uд( ) Uоп2 Uн2 2UопUн cos .

Тогда	U	фд	( ) K U	2	U	2	2U	U	н	cos .
				оп		н		оп

Зависимость выходного напряжения детектора от разности фаз входных колебаний называется амплитудно-фазовой характеристикой (АФХ). Вид характеристики представлен на рис. 8.31.

Рис. 8.31. Амплитудно-фазовая характеристика ФД

Недостатком данной схемы фазового детектора является нелинейность АФХ, наличие большого количества спектральных составляющих тока нелинейного элемента (в том числе и постоянной составляющей), которые необходимо отфильтровывать. Поэтому такой ФД используется редко.

Значительно меньше составляющих в спектре тока балансного фазового детектора (рис. 8.32).

Рис. 8.32. Схема балансного фазового детектора

Схема состоит по существу из двух детекторов на диодах. Опорное напряжение на диоды поступает в фазе, сигнальное – в противофазе, а выходное напряжение формируется как результат встречного включения выходных напряжений.

Для данной схемы на диоды подаются следующие напряжения: uд1(t) Uоп cos 0t Uн cos[ 0t (t)];

uд2(t) Uоп cos 0t Uн cos[ 0t (t)].

Амплитуды этих напряжений определяются выражениями

U

д1

( )

U 2

U

2

2U

U

н

cos ;

U

д2

( )

U2

U

2

2U

U

н

cos .

оп

н

оп

оп

н

оп

Тогда напряжение на выходе ФД равно

U

( ) К

2

U

2

2U U

cos

U

2

U

2

2U U

фд

U

оп

н

оп

н

н

cos

оп н

оп

КUоп

1 n

2

2ncos

1 n

2

,

n Uн

Uоп .

2ncos

Таким образом, выходное напряжение детектора зависит не только от разности фаз, но и от амплитуд опорного и сигнального напряжений. На практике ФД работают обычно при соотношениях n 1 и n 1.

При n 1 выражение для выходного напряжения ФД преобразуется к виду

	Uфд( ) КUоп	2		1 cos		1 cos 2KUоп cos			sin		.
								2		2

В то же время при n 1
Uфд( ) КUоп				.
	1 2ncos		1 2ncos
Графики Uфд( ) при n 1 и	n 1 приведены на рис. 8.33. При				n 1

АФК фазового детектора отличается повышенной линейностью.

С позиции спектрального анализа данный факт объясняется тем, что основная часть паразитных составляющих спектра тока нелинейного элемента компенсируют друг друга (в силу противофазности сигнального напряжения на

нелинейных элементах и принципа формирования выходного напряжения в виде разности напряжений низкочастотных фильтров на выходе ФД), что повышает результативность фильтрации.

Рис. 8.33. Амплитудно-фазовая характеристика балансного ФД

Определенными достоинствами обладает схема фазового детектора на транзисторе (рис. 8.34).

Рис. 8.34. Схема фазового детектора на транзисторе

На транзисторе собран усилительный каскад. В коллекторную и эмиттерную цепи транзистора включены нагрузочные сопротивления R1 и R2 , причем R1 R2. Нелинейные элементы (диоды VD1 и VD2) имеют общую нагрузку, состоящую из фильтра RфCф. Резисторы R6, R7 – антипаразитные, резистор R8

предотвращает шунтирование источника опорного напряжения через емкость Cф. С нагрузки усилителя снимаются два напряжения Uc1 и Uc2 , равные по

величине, но противоположные по знаку. Опорное напряжение Uоп подается на диоды в противофазе (с учетом их встречного включения), а напряжения Uc1 и Uc2 – в фазе. Поэтому основные принципы функционирования рассматриваемого и балансного детекторов во многом аналогичны. Детектор достаточно широкополосен, работает в диапазоне частот до 30 МГц. Отсутствие в схеме индуктивностей позволяет выполнить ФД в виде интегральных микросхем.