11.2.3 Чд с преобразованием чм-колебания в мпульсное напряжение с переменной скважностью

Такие детекторы выполняют на дискретных логических элементах, из называют импульсными (испульсно-счетными).

Схема импульсного ЧД показана на рис.107, где УФ – устройства формирования для преобразования аналогового сигнала в импульсное напряжение; ИД – импульсные делители частоты.

Рисунок 107 – Схема импульсного ЧД

Одна из реализаций импульсного ЧД по схеме 107 показана на рис.108.

Диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы ЧД, - на рис.109, а – к.

Импульсный ЧД имеет два входа: на один подается ЧМ-сигнал (рис.109, а), на другой – опорное колебание (рис.109, д).

В качестве и использованы компараторы с гистерезисом ( и ) и цепи ( и ); форма напряжения на выходе (на выходе ) показана на рис.109,б, а на выходе (на выходе ) – на рис.109, ж.

Рисунок 108 – Схема импульсного ЧД

Резисторы и компараторов выбирают так, чтобы обеспечить гистерезис переключения. Параллельно резисторам и включают конденсаторы и небольшой емкости, которые, не снижая существенно быстродействия, защищают схему от паразитных импульсов, возникающих при пересечении входным сигналом порогового уровня (в данном случае ).

Рисунок 109 – Диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы ЧД

В качестве делителей частоты и применены цифровые счетчики ( и ). Импульсы с выхода (рис.109, в) имеют период следования

,

где - частота сигнала на первом входе ЧД.

После дифференцирования цепью , и одностороннего ограничения диодом импульсы (рис.109, г) подаются на вход асинхронного - триггера .

Делитель работает в стартстопном режиме. При появлении напряжения логической единицы на выходе триггера при действии импульса счетчик открывается по входу обнуления и начинает считать импульсы частоты .

При приходе -го импульса через время (рис.109, ж) на выходе счетчика появляется напряжение логической единицы, которое, воздействуя на вход триггера , переводит его в состояние «0» (рис.109, е), после чего счетчик обнуляется и запирается по входу .

Таким образом, на выходе счетчика действуют импульсы (рис.109, з).

Каждый импульс и переводит триггер из одного состояния в другое; напряжение на выходе триггера показано на рис.109, е.

Напряжение прикладывается к преобразователю уровня (см.рис.107), который должен исключить постоянную составляющую напряжения .

Это обеспечивается в ЧД по схеме рис.20 с помощью цепи и балансной транзисторной цепи на транзисторах , и ; форма напряжения на выходе представлена на рис.109, и.

Для можно использовать МОП-транзисторы, цепи стабилизации напряжения с ограничителями на диодах и быстродействующие операционные усилители с регулировкой тока постоянной составляющей в точке суммирования.

НЧ составляющая, выделяемая из напряжения фильтром нижних частот ФНЧ (рис.109, к),

.

При , получим

. (11.2)

Согласно (11.2), напряжение линейно зависит от частоты , следовательно, ЧМ-сигнал следует подавать на первый вход ЧД.

Характеристика детектирования, построенная согласно (2), показана на рис.110.

Рисунок 110 – Характеристика детектирования ЧД

Решив (11.2) относительно при , найдем .

Рассмотренный ЧД работает при , т.е. ; в ЧД использованы логические элементы и счетчики серии КМОП.

Выводы:

1. В импульсном ЧД происходит преобразование ЧМ-колебания в импульсное напряжение с переменной скважностью.

2. Характеристика детектирования ЧД линейна в диапазоне частот . Выбором значений , или можно установить значение частоты при .

3. Импульсный ЧД обладает свойствами амплитудного ограничителя; напряжение не зависит от .

4. Поскольку импульсный ЧД не содержит индуктивностей, он удобен для интегрального исполнения.