Фазовые детекторы
В различных радиотехнических устройствах возникает необходимость в измерении фазы гармонического колебания. Оно обычно осуществляется путем сравнения измеряемого колебания с так называемым опорным колебанием. Устройство, выходное напряжение которого определяется разностью фаз сравниваемых гармонических колебаний, называется фазовым детектором. В соответствии с определением фазовый детектор является шестиполюсником, имеющим два входа и один выход (рис. 7.). На входы шестиполюсника, который работает в нелинейном режиме, подаются два напряжения: u1 (t) = U1 cos (w1t + j1), u2 (t) = U2 cos (w2t + j2). В результате нелинейного преобразования этих напряжений на выходе фазового детектора образуется широкий спектр комбинационных частот, среди которых будет разностная частота: uВЫХ (t) = kФД U1 U2 cos[(ω 1 - ω 2) t + φ 1- φ 2], где kФД - коэффициент, зависящий от схемы детектора; φ 1 и φ 2 -начальные фазы. Если оба входных напряжения имеют одинаковую частоту (ω 1=ω 2), то uВЫХ (t) = kФД U1 U2 cos(φ 1- φ 2), (16) т. е. выходное напряжение фазового детектора оказывается постоянным и пропорциональным разности начальных фаз сравниваемых напряжений. Такой режим работы фазового детектора характерен для фазометрических систем. Если входные напряжения имеют разную частоту (ω 1≠ ω 2), то uВЫХ (t) = kФД U1 U2 cos φ ω 1 (17) В этом случае выходное напряжение фазового детектора периодически изменяется и оказывается пропорциональным мгновенному значению разности фаз сравниваемых напряжений. Подобный режим работы фазового детектора имеет место, например, в системах автоматической подстройки частоты. Основной для фазового детектора является детекторная характеристика UВЫХ = F (φ) (18) — зависимость его выходного напряжения от разности фаз сравниваемых напряжений. Детекторную характеристику снимают при подведении к входу детектора двух чисто гармонических колебаний одинаковой частоты; она имеет вид, показанный на рис. 8. Основными параметрами фазового детектора являются крутизна характеристики SФД = и коэффициент передачи напряжения. Последний представляет собой отношение величины максимального выходного напряжения к амплитуде входного (измеряемого) напряжения: KФД = UВЫХ max/ UВХ. (20) Кроме того, важными параметрами фазового детектора являются его входное и выходное сопротивление, а также величина искажений, вносимых детектором.
 Наибольшее распространение получила схема балансного фазового детектора (рис. 9. а).
Как следует из рис. 9.а, балансный фазовый детектор состоит из двух включенных встречно диодных АМ-детекторов, нагрузкой которых являются цепочки RC. Одно из входных напряжений подводится к схеме через трансформатор Tp1 с выводом средней точки, В результате этого напряжения U'1 и U''1 действуют на диоды Д1 и Д2 в противофазе. Второе напряжение U2 подается через трансформатор Тр2 и действует на диоды Д1 и Д2 в фазе. Таким образом, на каждом из диодов действует сумма двух напряжений: uД1 = u1' + u2, uД2 = u2 – u1'', Напряжения uД1 и uД2 детектируются амплитудными детекторами, на выходе которых возникают напряжения UВЫХ1 = KdUД1 и UВЫХ2 = KdUД2 где Kd — коэффициент передачи амплитудного детектора. Напряжение на выходе фазового детектора равно разности выходных напряжений амплитудных детекторов: UВЫХ = UВЫХ1 - UВЫХ2 =Kd ( При равенстве частот сравниваемых колебаний (w1=w2) и при отсутствии угловой модуляции (21) превращается в аналитическое выражение детекторной характеристики балансного фазового детектора, из которой с помощью дифференцирования определяется крутизна его характеристики: SФД = - В тех случаях, когда амплитуду одного из входных напряжений выбирают намного больше амплитуды другого, например U2< < U1 выражения (21) и (22) сильно упрощаются: UВЫХ ≈ 2Kd U1cosj, (23) SФД ≈ -2 Kd U1 . (24)
|
(19)
) (21)
. (22)
