4.6. Дробный частотный детектор

При отсутствии амплитудного ограничения входного колебания u_c(t) выходное напряжение частотного детектора с расстроенными избирательными цепями или на основе аналогового перемножителя оказывается зависимым не только от значения φt), но и от величины U_c. Этого недостатка лишен дробный частотный детектор, или детектор отношений (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Схема дробного детектора

Дробный частотный детектор содержит два связанных контура – LC и L_gC_g, настроенных на среднюю частоту входного сигнала ω_с, причем выходной контур L_gC_g включен по схеме со средней точкой и в обмотках его формируются противофазные напряжения – U_g/2. На резонансной частоте ω₀ = ω_с контуров LC и L_gC_g напряжение на втором контуре оказывается сдвинутым по фазе относительно напряжения на первом контуре на угол /2. Напряжения на диодах VD1 и VD2, подключенных к контуру, определяются суммой напряжения с катушки L_g и напряжения U₀ с катушки связи L_св и резистора R_н. Эти напряжения можно представить в векторной форме (рис. 4.10) как

, . (4.13)

При значении ω₀ = ω_с фазовый сдвиг между векторами и равняется величине 2, и в этом случае . При значениях ω₀  ω_с имеем . При значениях ω₀  ω_с получим следующее неравенство: . Через диоды, работающие как амплитудные детекторы в режиме «сильных» сигналов, будет проходить ток, имеющий форму синусоидальных импульсов, в котором присутствуют переменная и постоянная составляющие. Пути прохождения этих составляющих различны.

Переменная составляющая тока через диод VD1 проходит по цепи C_н⁽¹⁾, R_н, L_св, L_g, а через диод VD2 – по цепи C_н⁽²⁾, R_н, L_св, L_g. Постоянная составляющая токов диодов VD1 и VD2 протекает по одной и той же цепи: VD1, R₁, R₂, VD2, L_g, поэтому величина постоянного тока через диоды оказывается одинаковой. Как следует из выражения (4.13) и рис. 4.10, при значении f_c = f₀ имеем . учитывая, что постоянный ток через диоды по величине одинаков, углы отсечки тока в обоих диодах также одинаковы (θ₁ = θ₂).

U₀

U_g2

U_g1

u_g/2

f_c > f₀

u_g/2

Рис. 4.10. Векторные диаграммы напряжений на диодах дробного детектора

При U_g1  U_g2 равенство этих токов может быть обеспечено при соответствующем изменении угла отсечки токов через диоды, а именно при |U_g2| > |U_g1| имеем θ₁ > θ₂. Если |U_g2| < |U_g1|, то θ₁ < θ₂. Следовательно, в дробном детекторе при изменении частоты сигнала изменяются углы отсечки токов диодов.

Выходное напряжение дробного детектора может быть записано в виде

U_вых = U₌⁽²⁾ – (U₌⁽¹⁾ + U₌⁽²⁾)/2 = (U₌⁽²⁾ – U₌⁽¹⁾)/2. (4.14)

Выражение (4.14) можно переписать в форме

. (4.15)

Выбирая постоянную времени исходя из следующего неравенства: C₀(R₁ + R₂) >> 1/_min, где _min – минимально возможная частота паразитной амплитудной модуляции, можно обеспечить практически постоянное значение суммы U₌⁽¹⁾ + U₌⁽²⁾ в формуле (3.15). В отношении U₌⁽²⁾/U₌⁽¹⁾ этой же формулы числитель и знаменатель изменяются одинаково при колебаниях амплитуды входного сигнала. Указанные обстоятельства обеспечивают малую чувствительность дробного детектора к изменению величины входного сигнала вследствие паразитной амплитудной модуляции.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а