Расчет фазового детектора

Как уже было сказано выше фазовым детектором называют устройство предназначенное для создания напряжения, пропорционального разности фаз между сигналом и опорным колебанием. Если на входе фазового детектора действует напряжение: uвх = Uвх cos[], то продетектированное напряжение

Ед = Кфд .

Так как в спектре напряжения на выходе фазового детектора имеются частотные составляющие, которых не было в спектре uвх, то для реализации фазового детектора нельзя использовать линейную схему с постоянными параметрами. Фазовое детектирование нельзя также осуществить с помощью простой безынерционной нелинейной системы. Например, постоянная составляющая тока диодного детектора зависит от амплитуды входного напряжения и не зависит от эго фазы и частоты. Поэтому фазовый детектор можно выполнить на основе линейной системы с переменными параметрами.

Структурная схема фазового детектора показана на рисунке (3);

Рис.3

На этой схеме частота гетеродина (опорное напряжение)

Под действием опорного напряжения u0 меняется активный параметр схемы, обычно это крутизна S.

Напряжение на выходе с коэффициентом передачи Кд :

Рис.5

Согласно рисунка 5 напряжение ЕД на входе фазового детектора зависит от входного сигнала ; вид зависимости ЕД от определяется отношением Uвх/U0 . В общем случае характеристика детектирования существенно отличается от косинусоиды .

Если Uвх>U0 то,

(3);

Таким образом, при малых амплитудах входного сигнала характеристика детектирования однотактного диодного фазового детектора имеет косинусоидальную форму. Если , то

;

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 DA 1 и DA 2 . 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 Ед = U0 | π – φ | / 2 π = 0,5 U0 | 1 – φ/ π| (4) ;

Согласно(4) напряжение Ед 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 Ед = 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 Ед на выходе ФД определяется выражением ,полученным при предположении, что Unx<<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 (uBX и u0).

 Скачать реферат