Частотные детекторы произведения (ЧД).

Наибольшее распространение в интегральной схемотехнике получил частотный детектор произведения. Это объясняется тем, что такой детектор имеет минимальное количество элементов, не поддающихся интеграции (катушки индуктивности) и малыми уровнями обрабатываемых сигналов (доли вольта).

На Рис.21 приведена структурная схема ЧД произведения. ЧМ сигнал Uвх, подверженный обычно паразитной амплитудной модуляции, проходит через двусторонний амплитудный ограничитель и преобразуется в последовательность импульсов U1 одинаковой амплитуды.

- 13 -

Рис.21 Структурная схема детектора произведения.

Это импульсное напряжение поступает на один вход схемы совпадения непосредственно, а на второй вход – через фазовращатель. Напряжение U₂, образующееся на выходе фазовращателя, оказывается сдвинутым по фазе относительно U₁ на некоторый угол j, пропорциональный девиации несущей (промежуточной) частоты ЧМ входного сигнала U_ВХ.

Под воздействием напряжений U₁ и U₂ на выходе схемы совпадения вырабатывается положительное импульсное напряжение U_Н, скважность которого, а, следовательно, и средняя составляющая находится в прямой зависимости от фазового сдвига между входными напряжениями U₁ и U₂, т.е. от девиации частоты ЧМ сигнала.

Фильтр нижних частот служит для пропускания на выход только средней составляющей U_ВЫХ импульсного напряжения U_Н.

Фазовращатель (Рис.22а) состоит из параллельного колебательного контура L1C3, настроенного на промежуточную частоту (например, на ¦_ПЧ.ЗВ = 31,5 МГц – телевизионный вариант детектора произведений) и последовательно включённых с ним конденсаторов С1 и С2. Фазо-частотная и амплитудно-частотная характеристики такой цепи показывают (Рис.22б), что на резонансной частоте контура напряжение U'_ВХ имеет максимальное значение и сдвинуто на 90° относительно напряжения U_ВХ. При увеличении частоты сигнала сдвиг фазы j между этими напряжениями уменьшается и стремится к нулю, а при уменьшении частоты ̶ возрастает и стремится к 180°.

Рис.22 Принципиальная схема фазоврвщателя (а), фазо-частотная и амплитудно-частотная характеристики фазовращателя (б).

Для простоты рассмотрения принципа работы ЧД будем считать, что оба напряжения U'_ВХ и U_ВХ имеют после ограничения прямоугольную форму и достаточно большую амплитуду, такую, что транзисторы в схеме работают в ключевом режиме.

Рассмотрим, например, как переключаются транзисторы в схеме при сдвиге фаз между U'_ВХ и U_ВХ равном нулю (Рис.23 и Рис.24а)

Когда на базы VT3 и VT6 поступает положительный импульс напряжения, на базы VT4 и VT5 – отрицательный. В это же время через фазовращатель, который в этом случае не сдвигает фазу, положительный импульс напряжения поступает на базу VT2, а отрицательный – на базу и VT1. Таким образом, открытыми оказываются только VT2 и VT6 и через них и нагрузку R_Н протекает ток І_Н = І₀ = І₆ = І₂.

- 14 -

Когда на базы VT3, VT6 и VT2 поступает отрицательный импульс напряжения, то на базы VT4, VT5 и VT1- положительный импульс. В этом случае протекающий через открытые VT1 и VT4 и нагрузку R_Н ток І_Н = І₀ = І₄ = І₁. Таким образом, при j = 0° ток через нагрузку максимален и равен І₀.

Аналогично можно показать, что при j = 180°, ток через нагрузку равен нулю.

В отсутствии сигнала на входе детектора ввиду полной симметрии схемы ток через нагрузку І_Н = І₄ + І₆ = 0,5 І₁ + 0,5 І₂ = 0,5 І₀. Такой же ток будет протекать через нагрузку и при наличии сигнала на входе, частота которого совпадает с резонансной (j = 90°).

Рис.23 Упрощённа схема ЧД Рис.24 Осциллограммы сигнала в контрольных

произведения. точках ЧД произведения.

На Рис.24а, б, в, показаны эпюры тока І_Н через нагрузку R_Н ЧД для трёх рассмотренных значений фазового сдвига, Из рисунка видно, что ток имеет форму импульсов, скважность которых меняется от единиц (при j = 0°) до бесконечности (при j = 180°). Скважность тока Ін определяет постоянную составляющую напряжения на нагрузке, являющимся выходным сигналом детектора произведения U_ВЫХ.

Таким образом, в зависимости от частоты входного сигнала меняется сдвиг фаз между напряжениями U'_ВХ и U_ВХ, а это приводит к изменению напряжения на нагрузке, т.е. обеспечивается детектирование ЧМ сигнала.

Когда: І_Н = І₀(j = 0°), U_ВЫХ = Е_К - І_Н R_Н стремится к нулю;

І_Н = І₀(j = 180°), U_ВЫХ стремится к напряжению Е_К.

АЧХ ЧД произведения (демодуляционная характеристика) показана на Рис.9.24г. Переменный резистор R1, включённый параллельно контуру L1C3, влияет на напряжение U'_ВХ. Им осуществляется регулировка размаха выходного сигнала.

Фазовые детекторы

Фазовые детекторы необходимы в радиоприёмниках фазово – модулированных сигналов, а также в системах автоподстройки частоты и фазы.

Схемное построение фазовых детекторов аналогично частотным детекторам и отличается от них только тем, что на дополнительный его вход подаётся опорный (образцовый) сигнал U₂ = U_m2 cos(ωt + φ₂) , а на основной вход – входной фазово – модулированный сигнал U₁ = U_m1 cos(ωt + φ₁).