16

9.2. Фазовый детектор (фд)

Назначение ФД - преобразование мгновенной фазы сигнала в напряжение, изменяющееся по закону модулирующей функции (полезного сигнала).

,

где - полная фаза.

Главная задача ФД - выделить информативную фазу _с(t). Для этого необходимо иметь информацию о начальной фазе ₀ и частоте _, а следовательно, при построении ФД нужно иметь некоторый опорный генератор.

Основные параметры:

1. Детекторная характеристика: U =f(_с), где U₀=const.

рабочие области характеристики там, где сохраняется ее линейность.

а) Крутизна детекторной характеристики:

S_ФД = dU /d_c , при _c = /2 или 3/2.

б) Область линейности характеристики: _c. Отсюда следует - надо иметь максимальную крутизну и максимальную область линейности характеристики.

2. Входное сопротивление ФД.

3. Выходное сопротивление ФД.

4. Допустимый уровень линейных и нелинейных искажений. Уровень линейных искажений определяется допустимым уровнем частотных и фазовых искажений.

Нелинейные искажения определяются максимальным изменением амплитуды U₀, которые дают допустимый уровень нелинейных искажений.

На практике применяют три схемы построения ФД:

1) ФД векторомерного типа;

2) ФД коммутационного типа;

3) ФД синхронного типа.

9.2.1. Фд векторомерного типа

В таких детекторах образуется векторная сумма опорного и выходного напряжения. При этом полезная информация заключена в величине угла между этими векторами.

Изменение фазы (угла) преобразуется в изменение амплитуды результирующего вектора, т.е. фазовая модуляция превращается в амплитудную.

Затем происходит операция амплитудного детектирования.

Используются две схемы построения ФД: однотактная и балансная.

Рассмотрим однотактную схему:

С уменьшением _с растет амплитуда U_Д и наоборот.

Найдем детекторную характеристику (ДХ):

; U₀>>U_c

Тогда U = , где K_Д - коэффициент передачи амплитудного детектора.

_с - рабочая область детекторной

характеристики.

Достоинство: простота.

Недостатки: малый линейный участок и малая крутизна детекторной характеристики, детекторная характеристика не проходит через 0.

Поэтому на практике обычно применяются балансные схемы:

U =

Считаем, что ₀=0.

;

;

; .

Здесь имеются три случая:

а) _с=/2 б) _с</2 в) _с>/2

Тогда выражение для детекторной характеристики запишется в виде:

U ==

=, где:

<< 1 ;  U =

Т.к. U₀ >> U_c  U K_Д U_c cos_c.

Достоинства: Большая линейность характеристики, если U₀=U_c/2, то будет максимум области линейности характеристики; большая крутизна; характеристика проходит через ноль.

Недостаток: более сложное построение.

9.2.2. Фазовый детектор коммутационного типа

Эти детектора строятся по балансной схеме и основа их - два активных элемента, работающих в ключевом режиме.

Опорное напряжение здесь - последовательность прямоугольных импульсов.

В качестве ключей используются диоды или транзисторы.

Опорное напряжение на ключи подается синфазно, т.е. не влияет на выходное напряжение детектора.

U_вх подается парафазно.

Пусть _с между опорным и выходным сигналом равна: _с .

Тогда напряжение U будет максимально т.е. разность токов I₁ и I₂ на сопротивлении будет максимальной.

Пусть _с=/2, т.к. I_ср1 = I_ср2, то выходное напряжение U = 0.

В результате детекторная характеристика ФД выглядит следующим образом:

U K_dU_c cos_c ,

где К_d - коэффициент передачи диодного ключа.

Достоинства: большой диапазон линейности детекторной характеристики; возможность реализации этого детектора в интегральном исполнении.