3.8.1 Частотные детекторы
Частотные детекторы (ЧД) применяются в приемниках частотно-модулированных (частотно-манипулированных) сигналов и предназначены для преобразования высокочастотного напряжения, модулированного (манипулированного) по частоте, в низкочастотное напряжение, которое изменяется по закону модуляции (манипуляции).
Основными показателями ЧД являются.
Коэффициентом передачи напряжения частотного детектора называют отношение амплитуды выходного напряжения низкой частоты к амплитуде входного высокочастотного напряжения при максимальной девиации частоты сигнала
при
.
Детекторной или статической характеристикой ЧД (рис.3.32) называют зависимость постоянного напряжения на выходе детектора от частоты входного сигнала.
Рисунок 3.32 – Детекторная характеристика
Детекторная характеристика должна быть линейной на участке АВ, соответствующая всему диапазону изменения частоты сигнала.
При прочих равных условиях выходное напряжение ЧД, а значит, и его коэффициент передачи возрастают с увеличением крутизны детекторной характеристики. Поэтому крутизна детекторной характеристики
является одним из основных показателей ЧД.
Среди множества схем ЧД наибольшее применение получили:
частотный детектор с расстроенными контурами;
дифференциальный частотный детектор с двумя связанными настроенными в резонанс контурами;
дробный детектор (детектор отношений).
Схема ЧД со связанными и настроенными в резонанс контурами представлена на рис. 3.33.
Рисунок 3.33 – ЧД со связанными и настроенными в резонанс контурами
Кроме индуктивной
связи между контурами в схеме имеется
связь коллектора транзистора VT1 со
средней точкой вторичного контура через
емкость
.
Элементы
,
,
и
,
,
представляют собой схемы двух амплитудных
детекторов. Связанные контуры выступают
в роли преобразователя вида модуляции.
Построим векторные диаграммы напряжений и токов в схеме преобразователя модуляции.
Обозначим вектором
напряжение на первом контуре. Ток
в катушке
отстает по фазе от напряжения
на
.
Этот ток наводит во вторичном контуре
э.д.с.
,
отстающую от него по фазе на
(
).
Под действием этой э.д.с. во втором
контуре возникает ток
.
Фазовой сдвиг этого тока относительно
э.д.с.
зависит от мгновенного значения частоты
детектируемого сигнала (рис. 3.34а).
Рисунок 3.34
Если девиация
частоты частотно-модулированного
сигнала равна нулю (т.е.
),
то частота несущего колебания равна
частоте настройки второго контура.
Второй контур в этом случае настроен в
резонанс. Второй контур по отношению к
э.д.с.
является последовательным. На резонансной
частоте его сопротивление равно
сопротивлению потерь
.
Поэтому фазовый сдвиг между
и
равен нулю (рис. 3.34а). Ток
создает на индуктивности напряжение
,
сдвинутое к нему на
.
Напряжение, приложенное к диодам и равны
и
.
Амплитудные
детекторы симметричны и имеют одинаковый
коэффициент передачи. Тогда напряжения
на
и
одинаковы, а поскольку они включены
встречно – выходное напряжение равно
нулю. Если частота сигнала выше частоты
контура (
),
то ток
несколько отстает по фазе от э.д.с. (рис.
3.34б), так как сопротивление контура
имеет индуктивный характер. Напряжение
по-прежнему опережает
на
.
В результате этого напряжение
и
сдвинуты на угол больший
.
Результирующее напряжение на диоде
становится больше, чем на диоде
.
Если частота сигнала будет меньше
резонансной частоты контуров (
),
то сопротивление второго контура будет
носить емкостной характер и сдвиг по
фазе между
и
будет меньше
.
Поэтому на выходе детектора появится
некоторое постоянное напряжение,
величина которого зависит от отклонения
частоты сигнала по отношению к резонансной
частоте, а знак соответствует стороне
отклонения частоты сигнала. В результате
получим детекторную характеристику,
соответствующею рис. 3.32.
Следует отметить, что выходное напряжение ЧД зависит не только от величины девиации частоты, но и амплитуды входного напряжения. Такая зависимость в случае воздействия помех приводит к появлению в выходном сигнале ЧД паразитной амплитудной модуляции. Для исключения паразитной амплитудной модуляции перед ЧД приходится ставить амплитудный ограничитель.
В случаи использования дробного детектора необходимость в амплитудном ограничителе отпадает [4, 5, 6, 7].