Расчет фазового детектора (стр. 2 из 3)

;

в этом случае характеристика детектирования представляет собой циклоиду рисунок 5 сильно отличается от косинусоиды .

2. Анализ схем построения фазовых детекторов

2.1 Балансный фазовый детектор

Балансный фазовый детектор представляет собой два диодных однотактных фазовых детекторов, каждый из которых работает на свою нагрузку.

В результате на входе каждого плеча фазового детектора создаются напряжения

встречной полярности поэтому . Входное напряжение подводится к диодам в противоположной полярности поэтому фаза напряжения Uвх` отличается от фазы Uвх`` на .

Опорное напряжение прикладываются к диодам в одинаковой фазе, поэтому,

.

Следовательно,

В кольцевом фазовом детекторе используют два балансных фазовых детектора, при этом симметричность характеристики детектирования улучшается , а коэффициент детектора возростает.

Характеристики детектирования плеч и всего ФД при

Выводы: 1. Балансный фазовый детектор- это сочетание двух однотактных фазовых детектора, каждый из которых работает на свою нагрузку и создает на них взаимно противоположные напряжения; разность этих напряжений определяют продетектированное напряжение на входе балансного фазового детектора. Полярность входных сигналов на диодах обратна, опорного напряжения – одинакова.

2.Характеристика детектирования балансого фазового детектора по сравнению с однотактным более симметрична и проходит через нуль.

2.2 Фазовый детектор на логических дискретных элементах

Структурная схема фазового подобного детектора показана на рисунке (8)

Рис. 8

Устройство формирования преобразует аналоговый гармонический сигнал в импульсное напряжение.

Возможная схемная реализация такого фазового детектора показана на рисунке (8). Детектор имеет два входа: на первый подается ФМ - колебание (рис.9,а), на второй – опорное напряжение (рис. 9,в). В качестве УФ₁ и УФ₂ (рис.11) использованы компараторы с гистерезисом DA₁ иDA₂ . Диаграммы напряжений u₁ и u₂ на выходе УФ₁ и УФ₂ показаны на рис.( 9,б,г ) . Напряжения u₁ и u₂ подаются на цепь И, в качестве которой используются два логических элемента И-НЕ DD1.3 и DD1.4. Напряжение u на выходе цепи И создается только при одновременном действии напряжений u₁ и u₂. Диаграмма напряжения на выходе цепи И показана на рисунке (9,д). Фильтр нижних частот выделяет постоянную составляющую напряжения Е_д = U₀ | π – φ | / 2 π = 0,5 U₀ | 1 – φ/ π| (4) ;

Согласно(4) напряжение Е_д линейно зависит от фазы φ. Характеристика детектирования ФД показана на рис. (12)

.Если на рисунке (10) вместо цепи И использовать цепь на основе элементов исключающее И-НЕ рис. (11), то характеристика детектирования становится в 2 раза круче и при равенстве фаз входного и опорного напряжений Е_д = 0.

Напряжение u на выходе цепи И, состоящей из элементов И-НЕ, имеет место при одновременном наличии либо отсутствии напряжений u₁ и u₂.

ВЫВОД: В ФД на логических дискретных элементах ФМ – колебание преобразуется в импульсное напряжение, скважность которого зависит от фазы входного сигнала. Импульсный ФД реализуется в интегральном исполнении.

2.3 Однократный диодный ФД

Для фазового детектирования к диоду прикладывается входной сигнал и опорное напряжение; напряжение Е_д на выходе ФД определяется выражением

,полученным при предположении, что U_nx<<U₀.

Характеристики детектирования диодного ФД согласно этого выражения близка к синусоиде.

Принцип действия такого ФД можно пояснить, рассматривая его не как параметрическую цепь, а как систему с амплитудным детектированием суммы двух гармонических колебаний (u_BXи u₀).

На входе такого АД действует суммарное напряжение:

u_∑ = u_вх + u₀ =U_BXcos (ω₀t + ψ) + U₀cos ω₀t. (5);

Эти два колебания имеют одинаковую частоту, но разные фазы. В результате векторного сложения двух напряжений получают напряжение той же частоты, но другой фазы. Амплитуда суммарного колебания:

Рис.13

2.4 Коммутаторный фазовый детектор

Такой фазовый детектор выполнен в виде балансного перемножающего устройства с дифференциальным входом. Входной сигнал U₁ подается на базу транзистора Т₁, сигнал управляющего напряжения U₂ подается непосредственно на затвор полевого транзистора Т₃. Последний работает как управляемый напряжением аттенюатор с нулевым смещением на участке исток-сток. Вследствие баланса цепи по постоянному току управляющее напряжение, приложенное к затвору Т₃, изменяет только сопротивление накала полевого транзистора, не влияя на условие передачи постоянных смещений в цепи. При использовании рассмотренной балансной схемы рис (14), перемножителя в спектре выходного напряжения удается значительно ослабить составляющую частоты

₂ и все комбинационные составляющие, за исключением ω₂±ω_{1 .} Составляющие частоты ω₁ при этом из спектра не исключаются. Однако при выполнении условия ω₁-ω₂≤ω₁ ее влияние почти не сказывается, так как она будет подавлена фильтром, стоящим после фазового детектора. Допуская ,что участок затвор –канал имеет безконечное сопротивление и что амплитуда напряжения сигнала U₁ значительно меньше напряжения отсечки полевого транзистора, можно показать что коэффициент передачи передачи фазового детектора для симметричного выхода может быть выражен в следующем виде:

Где S_нач- начальная крутизна полевого транзистора Т₃ при (U_зи=0);

U_зи.отс- напряжение отсеки Т₃;

R_н- сопротивление нагрузки каждого плеча схемы;

U₂- амплитуда управляющего напряжения на затворе.

Входное сопротивление схемы на частоте сигнала определяя ется велечиной разных сопротивлений R₁R₂ и имеет порядок

.

Максимально возможный коэффициент такого фазового детектора при условии U₂=0.5U_зи.отс определяется выражением:

3.Выбор и обоснование схемы фазового детектора

Рассмотрим балансный ФД. Такой детектор состоит из двух встречно включенных амплитудных детекторов, нагрузкой являются соответственно резисторы и конденсаторы

При этом . Одно из входных напряжений подводится к схеме с помощью

трансформатора

со средней точкой таким образом, чтобы составляющие этого напряжения имели одинаковую амплитуду и действовали на диоды тоесть и .Второе входное напряжение через трансформатор подводится к диодам с одной фазой. Таким образом, на каждом из диодов действует сумма двух напряжений конденсаторы и для токов частот представляют короткое замыкание: