Принцип действия балансного частотного детектора

С₅

L₂ D₁

L₁ С₂ С₃ R₁

С₁

L3

U_вх U_вых

С₄ R₂

D₂

Рис. 4.1.11. Балансная схема частотного детектора

В состав схемы входят следующие элементы:

– два связанных колебательных контура L₁, C₁ и L₂, C₂ ;

– два диода D₁ и D₂;

– два конденсатора с одинаковой емкостью С₃ и С₄;

– два одинаковых резистора R₁ и R₂ .

Колебательные контуры L₁, C₁ и L₂, C₂ настроены на промежуточную частоту f₀ . Аноды диодов присоединены к противоположным концам катушки L₂, имеющей отвод от средней точки. Между катодами диодов включены резисторы R₁ и R₂ одинаковой величины, зашунтированные конденсаторами C₃ и C₄ равной емкости.

Режим работы частотного детектора может быть рассмотрен с помощью векторных диаграмм (рис. 4.1.12).

Когда частота колебаний, поступающих на вход частотного детектора, равна номинальному значению промежуточной частоты f₀, наступает резонанс в контуре L₂, C₂. Вектор U₁ соответствует напряжению на первом контуре L₁, C₁. Ток I ₁ через катушку индуктивности L₁ отстает на 90º от напряжения U₁. Этот ток индуктирует в катушке L₂ э.д.с. Е₂, которая отстает по фазе относительно тока I₁ также на 90º. При резонансе ток I₂ во втором контуре L₂ , С₂ совпадает по фазе с э.д.с. Е₂.

Рис. 4.1.12. Векторные диаграммы балансного частотного детектора

Напряжение U₂ на контуре L₂ ,С₂ сдвинуто по отношению к току I₂ на 90º и делится пополам между диодами D₁, D₂ . К каждому из этих анодов приложено напряжение U_а' и U_а" , равное геометрической сумме напряжений U₁ и U₂/2. Из диаграммы видно, что для случая резонанса получается U_а' = U_а", т. е. напряжения на анодах обоих диодов равны между собой. Под действием этих напряжений в цепях обоих диодов возникают токи одинаковой величины. Протекая по внешней цепи, токи диодов создают на резисторах R₁ и R₂ напряжения, равные по величине, но противоположные по знаку. В результате этого напряжение на выходе частотного детектора равно нулю.

При отклонении частоты от номинального значения f₀, например, при увеличении разностной частоты относительно промежуточной, проводимость контура L₂, С₂ будет носить индуктивный характер. Ток I₂ во втором контуре начнет отставать от э.д.с. Е₂ на угол φ. Векторы напряжений U₂/2 не будут перпендикулярны вектору напряжения U₁. Напряжение U_а' на аноде первого диода окажется больше напряжения U_а" на аноде второго диода. В результате этого величина тока через резистор R₁ окажется больше, чем через резистор R₂. На выходе частотного детектора появится напряжение, полярность которого будет положительной относительно "земли".

В случае понижения разностной частоты относительно номинального значения f₀ напряжение на выходе частотного детектора станет отрицательным относительно земли.

График зависимости выходного напряжения частотного детектора от изменения частоты на его входе U_вых = f (Δf_пр) называется статической частотной характеристикой. Линейный участок между двумя максимумами характеристики определяет рабочую полосу частот детектора Δ f_раб (рис. 4.1.13).

+U_вых

Δ f_раб

– Δ f_пр + Δ f_пр

f_пр

–U_вых

Рис. 4.1.13. Частотная характеристика балансного детектора