17.4. Детекторы ФМ-колебаний
При формировании колебаний с фазовой модуляцией обеспечивается изменение мгновенной фазы ψ(t) несущего колебания в соответствии с интенсивностью модулирующего сигнала. В этом случае мгновенная частота ФМ-колебания ω(t) = ω0 + Δω(t) =dψ(t)/dt,
где Δω(t) — девиация частоты при фазовой модуляции. При этом амплитуда колебания остается постоянной, поэтому для детектирования ФМ-колебаний можно использовать детектор ЧМ-колебаний. На выходе частотного детектора будет формироваться сигнал uвых(t) = Kд Δω(t), где Kд-крутизна проходной характеристики детектора, выраженная в вольтах на единицу круговой частоты [В/рад].
Рис. 17.13. Схема интегрирующего устройства
Для выделения модулирующего сигнала из ФМ-колебания на выходе детектора ЧМ-колебаний необходимо включить интегрирующее устройство, схема которого показана на рис. 17.13. Комплексная частотная характеристика коэффициента передачи напряжения устройства K(jω) = 1/(1+jωτ), где τ = RC— постоянная времени интегрирующего устройства; ω — частоты, включая самые нижние, спектральные составляющие которых должны быть выделены на выходе интегрирующего устройства.
Детекторы ФМ-колебаний можно использовать для детектирования колебаний с медленно изменяющейся фазой сигнала, например, при передаче речи, в устройствах фазовой автоподстройки. В случаях, когда обеспечивается скачкообразное изменение фазы сигнала, следует применять более сложные устройства, к числу которых относятся синхронные детекторы.
17.5. Синхронное детектирование
Под синхронным детектированием понимают такой процесс обработки модулированных колебаний, когда низкочастотная составляющая модулирующего сигнала выделяется путем перемножения модулированного колебания и опорного сигнала, частота которого совпадает с несущей частотой модулированного колебания. На рис. 17.14 приведена структурная схема синхронного детектора, состоящего из перемножителя модулированного колебания uвх(t) и опорного сигнала uоп(t), а также ФНЧ, выделяющего низкочастотную составляющую сигнала uвых(t).
Синхронное детектирование можно использовать для детектирования АМ-, ЧМ- и ФМ-колебаний. Оно позволяет повысить чувствительность и избирательность приема слабых радиосигналов на фоне помех. Такое детектирование позволяет выделить огибающую модулированного колебания без восстановления его полного спектра.
Процесс синхронного детектирования рассмотрим на примере детектирования АМ-колебания uАM(t) =V(t)cos(ω0t). Опорный сигнал имеет вид uоп(t) = cos(ω0t). Перемножение этих сигналов дает следующий результат: uпер(t) = uАM(t)uоп(t) = 0,5V(t) + +0,5V(t)cos(2ω0t).
Высокочастотная составляющая сигнала, изменяющаяся с частотой 2ω0, будет подавлена ФНЧ, а на выходе детектора появится только низкочастотная составляющая
0,5 V(t), соответствующая огибающей модулированного колебания.
Рис. 17.14. Структурная схема Рис. 17.15. Структурная схема АД
синхронного детектора в роли синхронного детектора
Для осуществления перемножения сигналов можно использовать обычный амплитудный детектор. Структурная схема АД в роли синхронного детектора показана на рис. 17. 15. В таком АД операция умножения выполняется нелинейным резистором, в роли которого используется диод (см. рис. 17.1), транзистор (см. рис. 17.4) либо аналоговый перемножитель (см. рис. 17.14). При использовании этих устройств для осуществления синхронного детектирования модулированное колебание uвх(t) и опорный сигнал uоп(t) подаются одновременно на вход АД или одновременно на оба входа аналогового перемножителя.
Важным моментом при организации синхронного детектирования является формирование опорного сигнала uоп(t). На рис. 17.16 приведена структурная схема одного из возможных устройств, позволяющего сформировать опорный сигнал. На входы первого перемножителя устройства поступает модулированный сигнал uвх(t)=V(t)cos(ω0t). Этот сигнал умножается сам на себя, в результате чего на выходе перемножителя (1) среди множества спектральных составляющих сигнала появляется спектральная составляющая с частотой 2ω0, которая выделяется первым узкополосным фильтром ПФ1.
С выхода перестраиваемого генератора сигнал подается на перемножитель (2). В результате этого на выходе узкополосного фильтра ПФ2 появляется спектральная составляющая с удвоенной частотой 2ωоп колебания перестраиваемого генератора. В фазовом детекторе сигналы с частотами 2ω0 и 2ωоп сравниваются между собой по частоте. Если между этими частотами есть отличие, то с выхода фазового детектора низкочастотное напряжение подается на перестраиваемый генератор, подстраивая его частоту.
При совпадении частот 2ω0 и 2ωоп напряжение на выходе фазового детектора становится равным нулю, а на выходе перестраиваемого генератора появляется опорное напряжение uon(t) = Uoncos(ω0t), изменяющееся с частотой ω0. Это напряжение и может быть использовано для осуществления синхронного детектирования.
Рис. 17.16. Структурная схема устройства формирования опорного сигнала
В большинстве известных устройств детектирование ФМ-колебаний со скачкообразным изменением фазы основано на перемножении двух сигналов: ФМ-колебания
uфм(t) = Umsin[ω0t+φ(t)] и опорного напряжения uоп(t) = Uопcos(ω0t). B pоли перемножителя сигналов можно использовать полупроводниковый диод. Структурная схема перемножителя на основе полупроводникового диода показана на рис. 17.17.
Вольт-амперная характеристика диода VD(cu. рис. 17.17) может быть аппроксимирована полиномом второй степени i= a0+ а1 и +a2u2, где u = u(t) = uфм(t) + uоп(t) — сумма напряжений на входе детектора. В этом полиноме имеется квадратичный член а2и2, относительно которого составляющую тока можно описать следующим выражением:
i2(t) = a2{Um sin[ω0t + φ(t)] + Uоп cos(ω0t)}2 =
= a2 Um2 sin2[ω0t + φ(t)] + a2 Uon cos2(ω0t) + a2UmUon sin[ω0t + φ(t)]cos(ω0t).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.