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).

Cg

R 1

R 2

C н(1)

C н(2)

U =(1)

U =(2)

L св

Lg

U вых

VD 1

VD 2

C 0

L

C

u c(t)

Ug /2

Ug /2

Ug 2

Ug 1

R н

C p

 

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 p/2. Напряжения на диодах VD 1 и VD 2, подключенных к контуру, определяются суммой напряжения с катушки L_g и напряжения U ₀ 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 p/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 VD 1 проходит по цепи C _н⁽¹⁾, R _н, L _св, L _g, а через диод VD 2 – по цепи C _н⁽²⁾, R _н, L _св, L _g. Постоянная составляющая токов диодов VD 1 и VD 2 протекает по одной и той же цепи: VD 1, R ₁, R ₂, VD 2, L_g, поэтому величина постоянного тока через диоды оказывается одинаковой. Как следует из выражения (4.13) и рис. 4.10, при значении f _c = f ₀ имеем . учитывая, что постоянный ток через диоды по величине одинаков, углы отсечки тока в обоих диодах также одинаковы (θ₁ = θ₂).

 

U 0

Ug 1

Ug 2

Ug /2

f c = f 0

Ug /2

U 0

Ug 1

Ug 2

ug /2

f c < f 0

ug /2

U 0

Ug 1

Ug 2

ug /2

f c > f 0

ug /2

 

Рис. 4.10. Векторные диаграммы напряжений на диодах дробного детектора

 

При | U_{g 1}| ¹ | U_{g 2}| равенство этих токов может быть обеспечено при соответствующем изменении угла отсечки токов через диоды, а именно при | U_{g 2}| > | U_{g 1}| имеем θ₁ > θ₂. Если | U_{g 2}| < | U_{g 1}|, 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: C ₀(R ₁ + R ₂) >> 1/W_min, где W_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.