Модуляторы. Детекторы. Параметрические цепи (16-18 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 9

              Осуществить преобразование ЧМ-колебания в АМ-колебание можно, используя избирательную систему (в простейшем случае — колебательный контур), к которому прикладывается ЧМ-колебание. На рис. 17.8 приведена схема одноконтурного детектора ЧМ-колебаний, в котором используется этот принцип.

В этом детекторе между базой и эмиттером транзистора VTзада­ется ЧМ-колебание uЧM(t) = Um соs[ω0t + θ(t)], где Umамплитуда, θ(t) — мгновенная фаза колебания, а ω0 — частота несущего коле­бания. Мгновенная фаза колебания θ(t)  определяет девиацию частоты Δω(t)=d θ(t)/dt  на входе детектора. Для осуществления преобразования ЧМ-колебания в АМ-колебание параметры элементов кон­тура LKи Ск выбирают таким образом, чтобы резонансная частота контура была отлична от частоты ω0 несущего колебания.

               На рис. 17.9 приведены диаграммы резонансной характеристики контура, девиации частоты ЧМ-колебания и напряжения на входе АД, поясняющие работу одноконтурного детектора непрерывных ЧМ-колебаний. Анализируя резонансную кривую колебательного контура (см. на рис. 17.9, а), видим, что интенсивность напряже­ния, падающего на контуре, зависит от частоты. Это используется при преобразовании ЧМ-колебания в АМ-колебание.

Колебательный контур имеет свою резонансную частоту ω. Эту частоту выбирают такой, чтобы частота ω0 ЧМ-колебаний рас­полагалась на склоне резонансной характеристики контура. Учас­ток резонансной характеристики в окрестности частоты ω0 должен быть близким к линейному (см. рис. 17.9, а). В этом случае при­ложение ЧМ-колебания между базой и эмиттером транзистора VT (см. рис. 17.8) вызывает изме­нение напряжения, падающего на контуре. Так как выбирается линейный участок резонансной характеристики контура, изме­нения напряжения будут пропорциональны изменениям частоты ЧМ-колебания. В результате этого формируется сигнал с АМ-колебанием (см. рис. 17.9, в). Полу­ченное АМ-колебание поступает на амплитудный детектор. На вы­ходе этого детектора включено ЯС-звено ФНЧ, которое выделит низкочастотную составляющую модулирующего сигнала.

Рис. 17.8. Схема одноконтурного детектора ЧМ-колебаний

Рис. 17.9. Диаграммы резонансной характеристики контура (а), девиа­ции частоты

ЧМ-колебания (б) и напряжение на входе АД (в)

Недостатком этой схемы является то, что линейный участок резонансной характеристики контура имеет ограниченную про­тяженность, что приводит к искажению преобразованного АМ-колебания и, соответственно, к искажению сигнала uвых(t)  на выходе детектора.

Эти недостатки устраняются в двухконтурном детекторе ЧМ-колебаний, схема которого представлена на рис. 17.10. В этом де­текторе контуры, один из которых включает индуктивную катуш­ку L2 и конденсатор С2, а другой — индуктивную катушку Z3 и конденсатор СЗ, имеют свои резонансные частоты ω01 и ω02, от­личные от частоты несущего колебания ω0. В результате этого ре­зонансные характеристики контуров оказываются сдвинутыми по оси частот относительно друг друга и относительно частоты ω0 несущего колебания. На рис. 17.11 показаны диаграммы резонанс­ных кривых колебательных контуров, передаточной характеристики детектора, изменения частоты ЧМ-колебания и напряжения на выходе двухконтурного детектора.

Рис. 17.10. Схема двухконтурного детектора ЧМ-колеба­ний

Рис. 17.11. Диафаммы резонансных кри­вых колебательных контуров (а), пере­даточной характеристики детектора (б), изменения частоты ЧМ-колебания (в) и напряжения на выходе двухконтурного детектора (г)

Для двухконтурного детектора ЧМ-колебаний передаточную характеристику детектора uд(t)=f(ω) (см. рис. 17.11, б) в пределах линейного участка можно представить в виде uд(t) = Kд(ω - ω0), где Kд = 4Uо/Δω0 — крутизна характеристики детектора,

Δω0 = ω02 - ω01 , a U0напряжение точки пересечения резонансных кривых контуров. Пусть на детектор с такой передаточной характеристи­кой подается ЧМ-колебание, частота которого изменяется, на­пример, в соответствии с законом ω = ω0 + Δωcos(Ωt), где Δω — девиация частоты. В этом случае ЧМ-колебание будет преобразо­вано в АМ-колебание, напряжение которого изменяется пропор­ционально частоте (см. рис. 17.11, г). В последующем этот сигнал детектируется амплитудным детектором, на выходе которого по­является сигнал, соответствующий модулирующему сигналу.

На рис. 17.12 приведена схема детектора непрерывных ЧМ-ко­лебаний, выполненного на основе аналогового перемножителя.

Работу этого детектора можно рассмотреть, подав на его вход сигнал, изменяющийся по гармоническому закону, u(t) = Umcos(ωt). В этом случае к одному входу умножителя будет приложено на­пряжение uс(t), падающее на конденсаторе С, а к другому — напря­жение, падающее на контуре, uk(t). Ток источника входного напря­жения будет протекать через конденсатор С  и контур. При этом, так как ток емкости опережает входное напряжение на угол π/2, то ее напряжение можно представить в виде uc(t) = Uccos(ωt - π/2).

Рис. 17.12. Схема детектора непрерывных ЧМ-колебаний на основе

ана­логового  перемножителя

Напряжение, падающее на контуре, uk(t) = Ukcos(ωt+φ), где φ = -arctg(2QΔω/ω0) — фазовый сдвиг между током и напряжением контура; QK-добротность контура;

Δω= ω - ω0— абсолютная рас­стройка между текущей ω и резонансной частотой контура ω0. Тогда напряжение на выходе перемножителя можно представить в виде

uумн(t) = kuс(t)uк(t)  = kUcUk cos(ωt - π/2)cos(ω t+ φ)  =

= 0,5kUcUkcos(φ + π/2) + 0,5kUcUkcos(2ωt + φ - π/2).

Спектральная составляющая, изменяющаяся с удвоенной час­тотой 2ω, будет подавлена ФНЧ, в результате чего на выходе де­тектора будет присутствовать только низкочастотная составляю­щая uвых(t) = 0,5kUcUkcos(φ + π/2) = -0,5kUcUksin(φ).

Так как в параллельном колебательном контуре, как правило, выполняется условие 2QΔω/ ω0 « 1, то можно принять, что sinφ= 2QΔω/ω0, откуда имеем                      uвых(t)=-kUcUkQkΔω/ω0.Из этого вы­ражения видим, что детекторы ЧМ-колебаний, построенные на аналоговых перемножителях, являются линейными. Однако ана­логовые перемножители имеют относительно низкие рабочие ча­стоты, что не всегда позволяет построить детекторы непрерывных ЧМ-колебаний на их основе.