Элементы систем радиоавтоматики

Фазовые детекторы

Фазовым детектором (ФД) называют устройство (рис. 4.1), предназначенное для преобразования разности фаз двух синусоидальных колебаний одинаковой частоты в напряжение. Основной характеристикой ФД является зависимость выходного напряжения от разности фаз U_фд=F(j), где j = j₁ + j ₂ – разность сравниваемых фаз напряжений. Функция F периодическая, так что U_фд=F(j+k2p), k = 0, 1, 2, …

Рис. 4.1 - Функциональная схема фазового детектора

В системах РА применяются ФД двух типов: балансные (векторомерные) и параметрические. Наиболее часто используют балансные ФД, которые эффективно работают в области низких и высоких частот. Напряжение на выходе балансного ФД образуется из векторной суммы и разности двух напряжений: опорного u₁(t)=u₁ sin wt и сигнала u₂(t)=u₂ sin (wt+j). (4.3)

Сумма и разность этих напряжений определяется выражениями

;

,

где ;

;

; .

В статическом режиме напряжение на выходе ФД (рис. 4.2) определяется выражением

,

где k_фд – коэффициент детектирования.

При

. (4.4)

Выражение (4.4) приближенное, при U₁ = 5×U₂ максимальная ошибка не превышает двух процентов.

Рис. 4.2 - Дискриминационная характеристика фазового детектора

В соответствии с (4.2) линеаризованное нелинейное уравнение (4.4) будет иметь вид

,

где j₀ – значение фазы в установившемся режиме. При малых отклонениях фазы от j₀ приращение напряжения на выходе ФД

,

k_фд = – k sin j₀ – коэффициент передачи ФД.

Из последнего выражения следует, что передаточная функция ФД W_фд(p)=k_фд. Если учесть инерционность детекторов, то передаточная функция ФД будет иметь вид

, (4.5)

где T_фд – постоянная времени ФД.

В параметрических ФД зависимость выходного напряжения от сдвига фаз аналогичная выражению (4.4).