3.3. Частотные детекторы с преобразованием частотной модуляции в амплитудную модуляцию

Преобразование частотной модуляции в амплитудную может быть выполнено с помощью любой линейной электрической цепи, обладаю­щей комплексной, зависящей от частоты, передаточной функцией K(j ). Требуемая зависимость выражена особенно ярко у интегрирующей или дифференцирующей цепи, резонансной избирательной цепи и т. д.

Вызывая изменение амплитуды, зависящее от частоты, линейная цепь с коэффициентом передачи K(j ) и линейной фазочастотной ха­рактеристикой не изменяет частоты колебания (t), поэтому на выходе ее получается колебание, изменяющееся одновременно по частоте и по амплитуде. Это обстоятельство не препятствует осуществлению ампли­тудного детектирования, так как для относительно узкополосных сигна­лов колебание (t), на выходе амплитудного детектора определяется только амплитудной модуляцией и практически не зависит от измене­ния частоты колебания.

Рассмотрим преобразование частотной модуляции в амплитудную модуляцию с помощью резонансной избирательной цепи с передаточ­ной функцией резонансного контура

, (3.1)

где ; - резонансная частота контура; Q – добротность контура.

Схема частотного детектора на расстроенном контуре приведена на рис. 3.1. Входной высокочастотный сигнал (t) поступает с избиратель­ного контура усилительного каскада усилителя промежуточной частоты, к которому подключен LC-контур частотного детектора. Выход LC-контура соединен с амплитудным детектором, нагрузочной цепью кото­рого является параллельное соединение конденсатора и резистора . К выходу амплитудного детектора подключается входной каскад усили­теля низкой частоты.

Рис. 3.1. Схема частотного детектора на расстроенном контуре

На рис. 3.2 показано формирование закона изменения амплитуды ЧМ сигнала при гармонической форме модулирующего сообщения x(t) = cos( t). На этом рисунке (t) - закон сопутствующей амплитуд­ной модуляции. Контур LC имеет резонансную частоту , и расстройка выбирается так, чтобы получить максимальную крутизну пре­образования. При расстройке, равной , АЧХ цепи имеет близкие к линейному нарастающий и спадающий участки, на которых выбирается рабочая точка.

Рис. 3.2. Формирование закона изменения амплитуды ЧМ сигнала на резонансном контуре

На практике частотные детекторы такого типа обычно реализуются на транзисторном избирательном усилителе с включением контура в коллекторную цепь. В этом случае комплексный коэффициент передачи принимает вид

где - коэффициент усиления по напряжению транзисторного каскада; = - обобщенная расстройка;

- эквивалентная добротность контура с учетом влияния сопро­тивления и емкости нагрузки.

В предположении линейности амплитудного детектора постоянная составляющая напряжения на его выходе будет равна:

, (3.3)

Уравнение (3.3) описывает детекторную характеристику, которая по форме повторяет амплитудно-частотную характеристику резонансно­го усилителя. Крутизна детекторной характеристики в координатах , изменяется по закону

, (3.4)

и имеет максимальное значение при расстройке

Достоинством частотных детекторов с одиночным расстроенным контуром является простота реализации схемы и ее настройки. К недос­таткам относится высокий уровень нелинейных искажений, обуслов­ленных нелинейностью АЧХ резонансного усилителя.

Значительное уменьшение уровня нелинейных искажений может быть получено при использовании балансного частотного детектора с двумя расстроенными контурами, изображенного на рис. 3.3.

Резонансные частоты и контуров L1C1 и L2C2 выбирают­ся симметрично относительно средней частоты , а постоянные состав­ляющие напряжений на выходах амплитудных детекторов, подключен­ных к этим контурам, обеспечивают выходное напряжение как разность:

Рис. 3.3. Схема частотного детектора на двух расстроенных контурах

В предположении равенства резонансных сопротивлений контуров и при одинаковых коэффициентах передачи амплитудных детекторов получим следующее уравнение детекторной характеристики:

(3.5)

,

Где - ; и - резонансные частоты контуров L1C1 и L2C2.

Рис. 3.4. Детекторная характеристика частотного детектора на двух расстроенных контурах

Вид детекторной характеристики приведен на рис. 3.4. Крутизна детекторной характеристики при = 0 равна

(3.6)

Анализ выражения (3.6) показывает, что максимальное значение крутизны достигается при значении . Однако наименьшая сте­пень нелинейных искажений в диапазоне от и достигается при значении .

Так как величина зависит от уровня входного сигнала , перед частотным детектором необходим амплитудный ограничитель, устра­няющий влияние изменений амплитуды на уровень выходного на­пряжения.