Синхронный АМ приемник • HamRadio

Синхронный АМ приемник позволяет значительно повысить качество демодуляции сигнала, исключив искажения, обусловленные нелинейностью обычного детектора огибающей. Одновременно снижается уровень шумов, уменьшаются помехи от соседних станций. Последние не детектируются синхронным детектором, а лишь преобразовываются по частоте, поэтому при расстройке более 10…20 кГц мешающие сигналы оказываются в плохо слышимой и легко отфильтровываемой ультразвуковой области спектра. Синхронный детектор дал также возможность расширить полосу воспроизводимых частот до 10 кГц, т. е. полностью реализовать спектр модулирующих сигналов, передаваемых радиостанциями в эфир.

Основные технические характеристики синхронный АМ приемник

Чувствительность (при выходной мощности 50 мВт), мВ/м, не хуже … 1

Диапазон воспроизводимых частот, Гц             50… 10 000

Селективность при расстройке ±20 кГц, дБ, не менее               26

Питается приемник от источника напряжением 12… 15 В, потребляемый ток (при малой громкости) не превышает 40 мА.

В описываемом варианте синхронный АМ приемник рассчитан на прием передач радиостанций, работающих на частотах 549, 846, 873 и 918 кГц. Изменив емкости конденсаторов и (или) числа витков магнитной антенны и катушки гетеродина, приемник можно настроить на частоты других радиостанций диапазонов СВ и ДВ.

Принципиальная схема синхронный АМ приемник приведена на рисунке.

Прием ведется на встроенную магнитную антенну WA1. Входной контур состоит из катушки L1 и подключаемых к ней конденсаторов С1—С8, для точной настройки на частоты выбранных радиостанций служат подстроечные конденсаторы С2, С4, С6, резисторы R1 — R3 снижают добротность контура магнитной антенны, расширяя его полосу пропускания примерно до 20 кГц.

Усилитель радиочастоты (РЧ) собран на транзисторах VT1, VT2 и служит не столько для усиления сигнала, сколько для согласования относительно высокого резонансного сопротивления колебательного контура магнитной антенны с низким входным сопротивлением ключевого смесителя. Кроме того, усилитель РЧ защищает входной контур от проникновения радиочастотного напряжения со стороны цифровой части приемника.

Гетеродин собран на полевом транзисторе VT3 и настроен (в каждом положении переключателя SA1) на учетверенную частоту принимаемого сигнала. В контур гетеродина входит катушка L2, подсоединяемые секцией SA1.2 переключателя конденсаторы С9 — С13 и варикап VD1, подстраивающий его точно на учетверенную частоту сигнала.

Со стока транзистора VT3 сигнал гетеродина подается на цифровой делитель частоты на четыре, собранный на триггерах микросхемы DD1 (как показала практика, триггеры серии К176 нормально работают при частоте входного сигнала до 4 МГц). На выходах триггеров формируется четырехфазное (0, 180, 90 и 270°) напряжение с частотой принимаемого сигнала. Оно имеет прямоугольную форму и скважность (отношение периода к длительности импульса), равную 2. Логическая микросхема DD2 формирует импульсы со скважностью 4, поочередно открывающие ключи балансных смесителей, собранных на микросхеме DD3.

Сигнальные входы ключей соединены вместе, и на них подается напряжение принимаемого сигнала с выхода усилителя РЧ. Два нижних по схеме ключа образуют балансный смеситель (фазовый детектор) системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Он вырабатывает напряжение ошибки, пропорциональное отклонению сдвига фаз между напряжениями сигнала и гетеродина от 90°. Напряжение ошибки сглаживается конденсаторами С21 и С22, усиливается операционным усилителем DA1.1 и через пропорционально-интегрирующий фильтр R10R11C27 поступает на варикапы VD1, VD2, подстраивая частоту гетеродина.

Если при включении приемника или переключении настроек частота сигнала находится в пределах полосы захвата, система ФАПЧ захватывает его. Устанавливая точное равенство частот и фазовый сдвиг сигналов на входах смесителя 90°. При этом на входах балансного смесителя, образованного двумя верхними (по схеме) ключами, фазы сигналов совпадают, что и необходимо для синхронной демодуляции AM колебаний.

Демодулированный сигнал звуковой частоты (ЗЧ) с выхода синхронного детектора поступает на симметричный фильтр нижних частот (ФНЧ) L3C17—С20 с частотой среза 10 кГц. Этот фильтр, определяющий селективность приемника, ослабляет сигналы соседних по частоте радиостанций, которые после преобразования в детекторе попадают в ультразвуковую область частот. Для упрощения конструкции обе катушки симметричного фильтра размещены на одном

магнитопроводе, что вполне допустимо при соблюдении порядка подключения их выводов, показанного на схеме. Связанное с этим некоторое уменьшение ослабления синфазных помех не имеет значения, поскольку они хорошо подавляются операционным усилителем DA1.2, на котором собран предварительный усилитель ЗЧ. Цепь R12C24 выравнивает входные сопротивления инвертирующего и неинвертирующего входов ОУ.

Детали и конструкция синхронный АМ приемник.

Магнитная антенна приемника выполнена на круглом магнитопроводе диаметром 8 и длиной 160 мм из феррита марки 600НН. Катушка L1 содержит 52 витка провода ЛЭШО 21×0,07, намотанного виток к витку на склеенной из кабельной бумаги гильзе. Для катушки гетеродина L2 (8+24 витка провода ПЭЛ 0,15) использована унифицированная арматура от фильтров ПЧ портативных приемников. Катушка L3 ФНЧ (2X130 витков провода ПЭЛ 0,15) намотана в два провода на ферритовом (2000НМ) кольце типоразмера К16X8X5.

Во входном и гетеродинном контурах приемника применены конденсаторы КТ-1 и подстроечные конденсаторы КПК-М. Остальные конденсаторы КЛС и К50-6. Постоянные резисторы любые малогабаритные. Вместо транзистора КПЗОЗА в усилителе РЧ можно использовать и другие транзисторы этой серии, если в цепь истока включить резистор автоматического смешения, шунтированный конденсатором емкостью 0,01…0,5 мкф (транзистор КПЗОЗА цепи смешения не требует, так как у него достаточно мало напряжение отсечки). Транзистор VT2 — любой высокочастотный структуры p-n-p. С таким же успехом в этом каскаде будет работать и высокочастотный транзистор структуры п-p-n (например, серии КТ315), если его коллектор соединить с проводом питания, а эмиттер (через резистор R5) с общим проводом. Гетеродин можно собрать на транзисторе КПЗОЗА. Сопротивление резистора R7 в этом случае необходимо увеличить до 1,8…2,2 кОм.

Микросхему К176ТМ2 (DD1) можно заменить на К176ТМ1. При отсутствии микросхемы К176ЛЕ5 можно обойтись без нее. В этом случае выходы триггеров делителя частоты (DD1) соединяют непосредственно с управляющими входами балансных смесителей (DD3), а в выходные цепи ключей (выводы 2, 3, 9 и 10) включают резисторы сопротивлением 2,2 кОм (иначе одновременное открывание двух ключей нарушит работу балансных смесителей). Следует, однако, учесть, что из-за введения этих резисторов коэффициент передачи смесителей несколько снизится. Для автоподстройки можно использовать и другие варикапы серии КВ 104. Стабилитрон VD3 — любой с напряжением стабилизации 9 В.

Конструкция приемника может быть любой, необходимо только позаботиться о том, чтобы длина проводов, соединяющих плату с переключателем SA1, была минимальной, а магнитная антенна располагалась возможно дальше от цифровых микросхем.

Налаживание синхронный АМ приемник

начинают с измерения напряжения на эмиттере транзистора VT2 усилителя РЧ. Оно должно быть около 4,5 В. При необходимости этого добиваются подбором резистора R4. Затем с помощью осциллографа проверяют работу гетеродина и цифровой части приемника. На истоке транзистора VT3 должно быть напряжение синусоидальной формы, на выходах триггеров микросхемы DD1 — прямоугольной со скважностью 2, а на выходах микросхемы DD2 — такой же формы, но со скважностью 4. Если гетеродин генерирует, а триггеры не переключаются, необходимо подобрать резистор R7.

Режимы работы ОУ проверяют, измеряя напряжение на выводах 9 и 13 микросхемы DA1: на первом из них оно должно быть равно 4,5 В, а на втором — в пределах 3…7 В. Если ОУ DA1.1 вошел в насыщение (напряжение на выводе 13 близко к нулю или к напряжению питания), необходимо проверить работу цифровой части приемника и при необходимости сбалансировать усилитель. Включив резистор сопротивлением несколько мегаом между инвертирующим входом (вывод 3) и общим проводом пли проводом питания +9 В.

Далее настраивают приемник на частоты радиостанций. Это можно сделать, подавая радиочастотное напряжение от генератора стандартных сигналов через петлю связи на магнитную антенну или просто принимая сигналы радиостанций. Настройку начинают с самой длинноволновой радиостанции (549 кГц). Вращая подстроечник катушки L2, находят станцию по характерному свисту и, перестраивая гетеродин в сторону понижения его высоты, добиваются захвата частоты системой ФАПЧ. (биения звуковой частоты при этом пропадают, и передача прослушивается чисто, без искажений). Входной контур подстраивают конденсатором С8 по максимальной громкости приема. Аналогично настраивают приемник и при других положениях переключателя SA1, но подстроечник катушки L2 больше не трогают (частоту гетеродина устанавливают подстроечными конденсаторами С9, С10 и С12).

При наличии наводок сигнала гетеродина на магнитную антенну настройка приемника осложняется. Дело в том, что фаза напряжения наводки непредсказуема и, кроме того, зависит от настройки входного контура. Синхронно детектируясь в смесителе системы ФАПЧ, напряжение наводки сдвигает частоту гетеродина, поэтому настройки входного и гетеродинного контуров оказываются взаимосвязанными. Этот вредный эффект практически не проявляется, если напряжение принимаемого сигнала на магнитной антенне больше напряжения наводок.

Синхронный АМ детектор А. Руднева

   На рис.1 представлена схема синхронного детектора АМ сигналов , работающего по методу прямого захвата входным сигналом  частоты местного гетеродина. Предлагаемый детектор состоит из синхронизируемого гетеродина, собранного на транзисторах VT1 и VT2, смесителя ключевого типа на транзисторе VT3 и фильтра ЗЧ L2C3C4. Синхронизируемый гетеродин выполнен на базе генератора ( рис.2 ).

  Дополнительно в него введены элементы перестройки по частоте С2, R3 и полевой транзистор VT1. При подаче на затвор транзистора входного сигнала в его канале смешиваются колебания этого сигнала и гетеродина. Составляющая тока базы транзистора VT2 разностной частоты модулирует сигнал гетеродина по частоте, и когда разностная частота становится равной полосе захвата, гетеродин переходит из режима биений в режим синхронизации.

При этом устанавливается равенство частот сигнала  и гетеродина , а разность фаз напряжений сигнала и гетеродина ϕ оказывается равной 0⁰ или 180⁰. Равенство частот и фаз поддерживается за счёт постоянной составляющей тока базы VT2, пропорциональной sin ϕ. Как видно рассматриваемое устройство работает аналогично системе ФАПЧ с тем отличием, что в последней в режиме синхронизации сдвиг фаз напряжений сигнала и гетеродина устанавливаются равным примерно 90⁰. Напряжение на выходе гетеродина имеет форму коммутирующих импульсов ( Рис.3 ). Поступая на затвор транзистора

VT3 они обеспечивают ключевой режим его работы. Напряжение огибающей АМ сигнала, выделенное фильтром ЗЧ в результате синхронного детектирования, подаётся на вход усилителя ЗЧ. Коэффициент передачи детектора равен 0,25. Гетеродин уверенно синхронизируется напряжением порядка сотен микровольт.

 

Питается детектор стабилизированным и тщательно отфильтрованным напряжением . Потребляемый им ток составляет около 2,5 мА. Катушка L1 намотана проводом ПЭЛ 0,2 на кольце К7х4х2 из феррита 600НН и содержит 52 витка с отводом от середины. Её желательно заэкранировать, например, обернув алюминиевой фольгой. Катушка L2 намотана на кольце К18х9х5 из феррита 2000НН и содержит 260 витков провода ПЭЛ 0,2. Соотношение витков согласующего трансформатора Т1 выбирается в зависимости от выходного сопротивления устройства, служащего источником входного сигнала . Конденсаторы С3, С4 могут быть любого типа, С1 – керамический, конденсатор переменной ёмкости С2 от переносного приёмника. смонтированный на печатной плате детектор лучше поместить в металлический корпус. Это уменьшит уровень излучения гетеродина и ослабит влияние внешних факторов на стабильность его частоты.

  Предлагаемый детектор можно использовать как в гетеродинных синхронных приёмниках, так и в супергетеродинных. В последнем случае необходимо настроить гетеродин детектора на промежуточную частоту.

А . Руднев, “РАДИО” №11, 1992, стр. 39-40

 

 

Похожее

Синхронный АМ детектор. Функциональная схема и принцип действия

3. Функциональная схема и принцип действия
Функциональная схема синхронного детектора, изображённого на принципиальной схеме (см. Приложение 1), приведена на Рис. 1.

Детектор основан на т.н. детекторе Тейлоу (Tayloe detector), который разработал Dan Tayloe (Патент США
#6230000) Сам детектор Тайлоу это резистор. 4 конденсатора и 4 ключа, управляемых импульсами 1/4 периода (рис.2):

 

                                                                             Рис. 2 Детектор Дена Тейлоу

 Схема на мультиплексорах — это простая реализация детектора Тейлоу, т.к. дешифратор управления ключами входит в состав мультиплексора [13].
 Сигнал ПЧ поступает на вход усилителя промежуточной частоты (УПЧ), выполненного на двузатворном полевом транзисторе Tr1, уровень сигнала ПЧ регулируется потенциометром R1 . На второй затвор транзистора подается напряжение смещения, формируемое системой автоматической регулировки усиления (АРУ).

ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты)

Через развязывающий трансформатор L3 сигнал поступает на высокочувствительный ограничитель IC1 (см. [15]), который выделяет из спектра ПЧ самый мощный сигнал (обычно несущую, о возможности приёма сигналов с подавленной несущей — далее), усиливает и ограничивает его. Далее сигнал поступает на фазовый детектор (ФД), U1 где происходит его перемножение с сигналом генератора управляемого напряжением (ГУН), который входит в систему ФАПЧ (фактически — синхронное детектирование). ГУН выполнен на транзисторе Tr4 по схеме ёмкостной трёхточки. И настроен на учетверённую частоту ПЧ (455 * 4=1820 кГц).
 Она автоматически подстраивается варикапом D4. Напряжение ГУНа, усиленное транзистором Tr5 поступает на триггеры микросхемы IC6 — делителя частоты на 4. На четырёх выходах делитель формирует сигналы прямоугольной формы (меандр со скважностью = 4) с частотой 455 кГц и относительными фазами (условными, отсчитанными по переднему фронту импульсов на выводе I) 0

0, 180⁰, 90⁰, 270⁰ (примерная временная диаграмма на Рис.3).

  Рис. 3 Примерная временная диаграмма сигналов, формируемых ГУН системы ФАПЧ

Эти импульсы управляют: мультиплексорами, в т.ч. и мультиплексорами ФД ФАПЧ (два нижних по принципиальной
схеме в Приложении 1). Динамика работы ФАПЧ такова: при поступлении несущей (в полосе захвата ФАПЧ) в результате рассогласования (от 90

0 ) сдвига фаз премножающихся в ФД ФАПЧ сигналов, он вырабатывает напряжение ошибки , пропорциональное отклонению сдвига фаз между напряжениями восстановленной несущей и ГУНа от 90⁰ .
Возникают биения с частотой F= f_нес — f_гун. Напряжение ошибки сглаживается симметричным ФНЧ, выполненном на R21, R20, C15, противофазные сигналы после ФД ФАПЧ объединены в дифференциальном усилителе IC3B, выход которого служит выходом квадратурного балансного смесителя, для точной балансировки которого служит потенциометр R25.
 Далее сигнал рассогласования (с частотой F) поступает на специальный ФНЧ, который является блоком регули-
ровки полосы захвата ФАПЧ (БР ФАПЧ). Здесь происходит дополнительная фильтрация и формирование импульсов
управления варикапом D4 ГУН. БР ФАПЧ также позволяет ограничивать амплитуду пульсаций, для того, чтобы
можно было выбрать полосу захвата ФАПЧ. Полоса захвата выбирается из 3 возможных положений: широкая (Wide) обеспечивает подстройку ФАПЧ в пределах ±6 кГц, средняя (Medium): ±1 кГц и узкая (Narrow): ±30 Гц. Также предусмотрен специальный переключатель (Window). позволяющий строго ограничить напряжение подстройки варикапа, тем самым предотвратить перестройку системы ФАПЧ с частоты, являющейся центральной (455 кГц) [4]. Это необходимо для сигналов с подавленной несущей, чтобы ФАПЧ не захватывала вместо несущей частоту наибольшей спектральной составляющей боковой полосы, попавшую в полосу захвата. А также это позволит принимать очень слабые, или удалённые (DX) станции, находящиеся по частоте близко с мощными станциями, или например, FSK или RTTY для дальнейшего декодирования с помощью компьютера.
После БР ФАПЧ сформированный сигнал ошибки поступает на варикап ГУН D4, подстраивая частоту гетеродина.

 Синхронные детекторы 

 Если при включении приёмника или перестройке, частота сигнала находится в пределах полосы захвата,система ФАПЧ захватывает его, устанавливая точное равенство частот и фазовый сдвиг сигналов на входах ФД ФАПЧ (построенного на

IC7D и IC7C) равным 90. Триггеры микросхемы IC6 формируют импульсы для управления ключами IC2A, IC2B, IC2С, IC2D так, чтобы в каждый момент времени был замкнут только один ключ. На входы фазовых детекторов также поступают принимаемые сигналы: несущая с частотой fн и боковые полосы модуляции с выхода эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе Tr2. При этом на входах ФД (U2) образованного двумя верхними (по принципиальной схеме) ключами (IC2A, IC2B), фазы сигналов совпадают, что и необходимо для синхронного детектирования АМ колебаний. В результате перемножения на выходе ФД получаем продукты преобразования, в которых содержится детектированный сигнал:

 

На входах квадратурного ФД (U3), образованного ключами IC2C и IC2D фазы сигналов различаются на 90
(в квадратуре). На выходе ФД в результате перемножения получим 

Второе слагаемое будет содержать компонент с частотой F= fнес — fс
Т.е, как видим, в чистом виде составляющей с частотой модулирующего сигнала нет, и след. её нельзя выделить с помощью ФНЧ (для ДБП). Квадратура (QUARD) нужна далее для выделения одной из боковых полос сигнала с ОБП. Оба ФД идентичны. После каждого из них стоит симметричный ФНЧ — для верхнего (по принципиальной схеме) он образован R47, R46, C29, для квадратурного — R58, C36, R57. Этот фильтр пределяет селективность приёмника, ослабляет сигналы соседних по частоте радиостанций, которые после пр

Система регистрации откликов фотосопротивления методом синхронного детектирования

РадиоКот >Статьи >

Система регистрации откликов фотосопротивления методом синхронного детектирования

    Доброго времени суток всей честной публике. Первым делом хочется поздравить Кота с юбилеем и пожелать долгих лет жизни, а также успехов и стойкости в эти непростые времена. Ибо сайт действительно классный как по тематике, так и по колориту. Такие сейчас очень нужны.

    Однажды мне пришла пора писать дипломную работу. В той лаборатории, куда я пошел, занимаются эллипсометрическими исследованиями. Берется образец из какого-нибудь нового материала с неизученными свойствами (например, разные металлические сплавы, тонкопленочные структуры, ионно-имплантированный кремний, и т.п.). На него под некоторым углом падает луч линейно поляризованного света. При отражении возникает сдвиг фаз между компонентами вектора поляризации, лежащими в плоскости падения и перпендикулярно ей, в результате чего отраженный луч приобретает эллиптическую поляризацию. Можно просканировать форму этого эллипса. Для этого отраженный луч пропускают через поляризационную призму, после которой он попадает на фотоприемник. Вращая призму, измеряют интенсивность света при различных ее положениях. Получившаяся зависимость в полярных координатах имеет вид эллипса. Зная его форму и пользуясь трехэтажными чернокнижными формулами, можно определить показатели преломления и поглощения образца, его диэлектрическую проницаемость, эффективную толщину слоя и вообще получить кучу информации вплоть до его атомного строения. Открывается широкое поле деятельности – можно впахивать, покуда мозг выдерживает.

    Большая часть этих исследований проводится на вот такой установке, гордо именуемой спектральным эллипсометром:

    Когда мы включили установку, чтобы проверить, в каком она состоянии после нескольких лет простоя, оказалось, что работает не всё. Исследования проводятся в широком спектральном диапазоне – от 240 нм (ультрафиолетовое излучение ртутной лампы) и до 2,8 мкм (ближний ИК). Чтобы перекрыть его весь, в качестве фотоприемников используют два фотоумножителя и один фоторезистор. Оказалось, что в инфракрасной области мы работать пока не можем, потому что синхронный детектор, который позволял измерять интенсивность света с помощью фоторезистора, признаков жизни не подает.

    Этот прибор был сделан много лет назад каким-то гением. Внутри металлического корпуса валялись оклеенные изолентой платы, закреплен был только блок питания. Глядя на всё это изящество, я подумал: чем разбираться, что там коротнуло и почему оно не работает, проще взять и разработать новый детектор с нуля (ну почти с нуля – в лаборатории была его неполная схема, имелся журнал со статьей о подобном приборе, да и вообще мы это должны были проходить). Предусилитель для фоторезистора также вызвал желание сделать новый, доработки требовал дряхлый модулятор… В общем, было принято решение о капитальном ремонте установки.

    Теперь следует рассказать, что такое синхронный детектор и для чего он нужен. Начну со второго – для чего он нужен.

    Рассмотрим сначала особенности работы с фотосопротивлениями в качестве приемников оптического излучения. Практически все радиолюбители и электронщики знакомы лишь с самыми простыми из них, используемыми как датчики в различной автоматике. Резистор освещен – сопротивление падает и включается лампочка в подъезде или срабатывает Arduino. Но когда речь идет об оптике, всё гораздо сложнее. Фоторезистор тут предстает в новом свете, со своим набором параметров и характеристик.

    Прежде всего, они бывают сделаны из различных материалов (CdS, CdSe, PbS, PbSe, InAs, InSb, …), каждый из которых используется в своем спектральном диапазоне. Подавляющее большинство фоторезисторов работают в инфракрасной области, и лишь некоторые в видимой.

    Теоретически спектральная чувствительность фоторезисторов должна иметь вид треугольника: это линейная функция длины волны, ограниченная справа красным пределом фотоэффекта. В реальности этот треугольник сглаживается и искажается вследствие наличия примесной фотопроводимости и разных других причин.

    Фоторезисторы – довольно инерционные приборы. Так, у CdS постоянная времени составляет порядка 100 мс, у CdSe – 10 мс. Самые быстрые фоторезисторы на основе PbS и PbSe – их постоянная времени может быть меньше 5 мс. Она обратно пропорциональна спектральной чувствительности, так что либо резистор быстрый, либо чувствительный.

    Наконец, фоторезистор – штука в общем случае нелинейная. Только когда фотопроводимость мала по сравнению с темновой проводимостью (к счастью, зачастую так и бывает), ее можно считать пропорциональной интенсивности падающего света.

    Конкретно у нас стоит сернисто-свинцовый фоторезистор ФСВ-16АН. Вещь довольно редкая, Гугл о ней не знает (по крайней мере до этого, теперь будет знать 🙂 ). Согласно справочнику «Приемники оптического излучения», область спектральной чувствительности у него 1,0-3,2 мкм (хотя реально удавалось дойти до 2,8 мкм), максимальное рабочее напряжение 20 В, темновое сопротивление 5 МОм (хотя фактически было около 1 МОм), постоянная времени 0,5 мс. Выполнено сие чудо в виде цилиндра с окном на одном торце, выводами на другом и ушками для крепления по бокам.

Нет-нет, это еще не фоторезистор. В этой трубе (ее можно назвать фотоприемным модулем) размещается также предусилитель. А он, красавец, сидит там в конце:

    Теперь о том, к чему я всё это плавно подводил. Фоторезистор весьма хорошо реагирует на изменения температуры в лаборатории. Один раз мерил (в темноте) – было около 1 МОм. В другой раз, когда потеплело – что-то между 800 и 900 кОм, уж точно не помню. А освещение его нашим слабым лучиком приводит к изменению сопротивления аж на… 1,5 ома!

    А ведь нужно не просто зафиксировать наличие света, а измерить его интенсивность при различных положениях призмы-анализатора! Возможно ли это? Оказывается, что да.

    Температурный дрейф сопротивления можно рассматривать как шум в окрестности нуля частот. Шум, в котором полностью тонет наш ничтожный сигнал. Синхронный детектор – это прибор, призвание которого вытащить сигнал в условиях сильной зашумленности, посторонних засветок и т.д. Как же он работает? Чтобы понять суть метода, рассмотрим, какие вообще шумы свойственны фоторезисторам.

    Как и любой резистор при температуре выше абсолютного нуля, фоторезистор производит тепловой шум Джонсона-Найквиста. Этот шум белый: его спектральная плотность одинакова в широком диапазоне частот (теоретически до бесконечности). Следующий вид шума – генерационно-рекомбинационный. Он возникает вследствие флуктуаций количества свободных носителей заряда в полупроводнике. Занимает область частот от нуля приблизительно до 100 Гц. И третий вид – избыточный, чья природа еще до конца не ясна. В него вносят вклад много различных факторов. Он самый сильный в окрестности нуля, а с ростом частоты спадает приблизительно обратно пропорционально ей. Пожалуй, сюда можно отнести и наш температурный дрейф.

    Спектральные плотности всех этих шумов представлены на следующем рисунке в виде диаграммы Боде (частоты по оси довольно условны).

Черная линия – это то, что получается в результате сложения их всех. Видно, что фоторезисторы на разных частотах шумят неодинаково. Именно этот фактор и является определяющим для применения метода синхронного детектирования.

    Однажды мы делали лабу, касающуюся измерения спектров пропускания на спектрофотометре. Прибор был старый, дряхлый и показания плыли прямо на глазах. Приходилось при измерении каждой новой точки перекрывать световой поток и выставлять ноль. Но нет худа без добра, потому что здесь лежит глубокий философский смысл. Как сказал преподаватель, мы исполняли роль синхронного детектора. Вот и подсказка: чтобы выделить слабый сигнал на фоне сильного дрейфа, надо сначала этот сигнал промодулировать.

    Пускай в окрестности нуля частот сигнал утопает в шумах, но ведь с ростом частоты они резко спадают! С помощью модуляции спектр сигнала можно перенести в область частот, где он уже значительно превышает шум, а потом просто отсечь всё ненужное фильтром! Далее сигнал детектируется (то есть, снова переносится в окрестность нуля) и поступает на измерительное устройство. Всё это проиллюстрировано на нижеследующем рисунке:

    Правда, избавиться удается не от всех шумов. Инерционность фоторезисторов позволяет осуществить модуляцию только до нескольких сот герц (а примерно до этой области и простирается генерационно-рекомбинационный шум). Для белого шума модуляция ничего не меняет. Но эти шумы не так велики, поэтому польза всё равно получается большая.

    Пока что я рассказал про модуляционный метод регистрации отклика фотосопротивления. Здесь еще не было ничего «синхронного». Вот этот момент сейчас и рассмотрим поподробнее.

    Представим, что у нас есть синусоидальный сигнал, который подается на «умный» ключ. Этот ключ отпирается строго синхронно с колебаниями синусоиды. Если он попадает с ними в такт, то на выходе получим выпрямленный сигнал, как если бы там стоял диод. Если ключ умеет еще и инвертировать сигнал, получится двухполупериодное выпрямление. Достоинство такого детектора по сравнению с диодным выпрямителем в том, что здесь нет искажения формы сигнала, связанного с прямым падением напряжения на диодах. Можно выпрямлять малые сигналы. Далее ставим интегрирующую RC-цепочку и получаем постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде сигнала. Показания устанавливаются за время (4-5)τ.

    Чтобы ключ знал, когда ему нужно переключаться, нужно иметь так называемый опорный сигнал, который меняется синхронно с исследуемым. Как правило, в условиях физического эксперимента получить его не составляет труда. Кстати, синхронное детектирование применяется и в радиотехнике. Там опорный сигнал выделяют из основного.

    Посмотрим теперь, что получится, если ключ будет отпираться синхронно, но не синфазно с сигналом. Пусть он работает с опозданием по фазе в 90 градусов (четверть периода). На RC-цепочку будет поступать сигнал своеобразной формы, показанный посредине рисунка. Он симметричен относительно нуля, поэтому усреднение его даст ноль. Наконец, если ключ отпирается в противофазе с сигналом, на выходе получится отрицательное напряжение.

    Всё это означает, что синхронный детектор является еще и фазовым детектором. Зависимость выходного напряжения от сдвига фаз между основным и опорным сигналами имеет вид косинуса.

    Но это еще не всё. Одно из самых главных достоинств: синхронный детектор – это очень эффективный полосовой фильтр. Он жестко подавляет любую некогерентную помеху. Если был шум – он сам себя скомпенсирует при усреднении; был какой-то левый сигнал, отличающийся по частоте от основного (например, наводка от сети) – получатся биения, которые постигнет та же судьба; была постоянная составляющая – она пропадет. Передаточная функция такого фильтра имеет вид лоренциана (колоколообразная кривая). Полоса пропускания вводится как ширина прямоугольника такой же высоты и площади. Она зависит только от постоянной времени RC-цепи и в случае гармонического детектирования определяется по формуле

Конкретный пример, забегая наперед: мы проводили измерения при постоянной времени детектора 1 с. Полоса пропускания выходит 0,5 Гц, тогда как частота модуляции была 575 Гц!

    Если вернуться к картинке, показывающей принцип модуляционного метода, то роль ФВЧ сводится лишь к отсечению сильных шумов поблизости нуля частот во избежание перегрузки детектора. Отделение сигнала от всего остального производится именно этим полосовым фильтром.

    Стоит, однако, отметить, что ключевой синхронный детектор частично пропускает нечетные гармоники основного сигнала:

Усреднение таких кривых дает результат, отличный от нуля. Но в реальности при прохождении через всю систему (усилители, фильтры) каждая гармоника будет сдвинута по фазе на разную величину, так что детектор их задавит.

    На практике значительно проще осуществить как раз ключевой режим работы синхронного детектора, а не гармонический. Учитывая его поведение на гармониках, общая шумовая полоса пропускания выходит приблизительно в 1,23 раза шире основной.

    Подытоживая сказанное, синхронный детектор способен вылавливать слабый сигнал среди пучины шумов. Его свойство – повышать соотношение сигнал/шум. Улучшение зависит от ширины полосы шумов, действующих на входе, и определяется по формуле

    Фух. Да простят мне читатели эту небольшую лекцию, я надеюсь, что она вызовет у кого-нибудь интерес. Перейдем же, наконец, ближе к практике!

    Модуляция светового потока осуществляется с помощью обтюратора. Это такой диск с прорезями, насаженный на вал двигателя. Когда он крутится, луч мигает. Получается меандр с частотой 575 Гц.

    Опорный сигнал получается с помощью оптопары точно таким же образом. Для того чтобы можно было регулировать сдвиг фаз, оптопара может перемещаться вдоль специальной дугообразной прорези на держателе. Она фиксируется в нужном положении гайкой.

    На фото уже доработанный модулятор. Я заменил треснутую латунную трубку на деревянную конструкцию, положил гровера под открутившиеся гайки, заземлил двигатель, а вместо лампочки с фотодиодом поставил инфракрасные светодиод и фотодиод с парочкой транзисторов. Эта схемка выдает меандр с размахом 4,5 В.

    Начался творческий процесс по созданию схемы самого синхронного детектора. Между прочим, в Рунете на эту тему ничего нет. В Буржунете ситуация чуть получше (ключевые слова «Lock-in amplifier»), но всё равно негусто. В основном находит лабораторное оборудование. Так что питаю надежду, что для кого-нибудь из физиков моя статья окажется полезной :).

    Основ для отталкивания было несколько: схема того жалкого прибора, статья в Вестнике Киевского университета за 1979 год «Демодулятор с динамическим резервом 80 дБ» (для любознательных прикладываю ее, а то научную литературу в интернете так просто не сыщешь), лекции и лаба о синхронном детекторе. Очень полезными были советы преподавателя по оптоэлектронике. Хоть я и увлекаюсь электроникой давно, но готовых конструкций на счету мало. Теперь, оглядываясь на проделанную работу, вижу, что много чего можно было сделать попроще – и в схемотехнике, и в конструкции. Но обо всем по порядку.

    В результате долгих изысканий, консультаций с преподавателем, моделирования в LTspiceIV и совершенствования родилась такая схема:

    C1R1 – это тот самый ФВЧ, который убирает самые сильные шумы поблизости нуля. Далее сигнал усиливается и поступает на аналоговый демультиплексор HEF4053. Эта микросхема содержит три двунаправленных ключа на полевых транзисторах. Из них используются два.

    Опорный сигнал подается на триггер Шмитта, который делает из него меандр. Скважность можно корректировать подстроечным резистором R16. Насколько я понял из даташита, на управляющие входы ключей следует подавать только положительное напряжение. Поэтому после триггера стоит диод Шоттки VD1.

    Одним из самых важных элементов является инструментальный усилитель INA128. Это комбинация из трех операционных усилителей, образующая дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления, задаваемым внешним резистором. Внутри у этой микросхемы есть очень точные резисторы, которые подганяли лазером на производстве. Вместе с демультиплексором INA128 образует собственно детектор: ее инвертирующий и неинвертирующий входы поочередно подключаются то к сигналу, то к земле.

    Выпрямленный сигнал сглаживается интегрирующий цепью, постоянную времени которой можно задавать переключателем SA2. Постоянное напряжение еще раз усиливается и поступает на выход прибора. К выходу подключается тестер. На случай, если максимум сигнала при вращении анализатора вылезет за выбранный предел измерения тестера, его можно уменьшить выходным делителем (в реальности, правда, такого не случалось). Также имеется встроенный стрелочный вольтметр. Он служит скорее для удобства поиска максимума, так как движение стрелки более наглядно, чем мелькание цифр.

    В схеме выведены также две контрольные точки для подключения осциллографа: первая – чтобы проверить форму опорного сигнала, вторая – чтобы убедиться, что мы точно настроили сдвиг фаз. Для исключения влияния внешних соединений на детектор вторая точка выведена не напрямую, а через буфер DA5.

    Уже точно не помню, что меня к этому подтолкнуло (кажется, хотел защитить INA128 от перегрузки), но я нагородил блок питания с двумя двухполярными напряжениями: +/-8 В для DA1, DA2, DD1 и+/-15 В для DA3, DA4, DA5. И это еще не всё! Для питания оптопары на отдельный разъем выведено напряжение +5 В. Получилось такое вот схемище:

В моем любимом Sprint-Layout 6.0 была разработана основная плата синхронного детектора:

    Поделюсь опытом: прежде чем собирать, я распечатываю рисунок платы и подписываю все элементы. Получается такая монтажная схема. Когда-то я вообще делал бумажные макеты плат: на куске ватмана распечатываю с одной или с двух сторон (так, чтобы совместить), вырезаю, накалываю шилом дырочки, подписываю. Конечно, много лишней работы, но такой макет потом можно отнести на радиокружок, чтоб дети повторяли.

    Плата блока питания:

Квадрат и полоски не имеют к схеме никакого отношения, просто на этой бумажке принтер когда-то печатал тестовую страницу. Сторона дорожек:

Основную плату сделал методом фоторезиста, а плату блока питания нарисовал цапонлаком.

Процесс сборки:

По даташиту, INA128 боится статики и ее надо впаивать со всеми предосторожностями. Я соорудил себе антистатический браслет, заземлил себя, плату и паяльник, отключил его от сети и благополучно впаял сие чудо:

Всё это добро было размещено в корпусе Z-17.

Галетные переключатели соединены с основной платой экранированными проводами. Мороки было много. Лучше было бы наборы резисторов разместить в непосредственной близости от переключателей.

Чтоб прибор выглядел красиво и ручки не торчали, я разместил переключатели на текстолитовой пластине, которая крепится к передней панели на стойках:

На плате присутствует блок индикации перегрузки детектора: после входного усилителя стоят два компаратора, которые сравнивают сигнал с напряжением на движке подстроечного резистора (делитель). Если выходит за установленные пределы – будут вспыхивать красные светодиоды. Это могло быть полезным при высоком уровне шума. Но на передней панели катастрофически не хватало места, поэтому я этот блок не задействовал.

    Передняя и задняя панели нарисованы в Sprint-Layout (отверстия и шкалы) и PaintNET (надписи). Распечатал, пошел в ларек на остановке, где мне их заламинировали. Отверстия повырезал маникюрными ножницами. В результате получился такой прибор:

    Чтобы проверить работу детектора, на макетке по-быстрому был собран фазовращатель на ОУ. Сигнал от звукового генератора частотой 575 Гц поступал на вход прибора напрямую, а на синхронизирующий вход – через фазовращатель. Подключился осциллографом к контрольным точкам. Сначала выставляем правильную форму меандра:

И после детектирования получаем:

Если покрутить фазу, будет то, что и должно быть:

    Проверка проводилась на том, что было. Старый ламповый гроб выдает сигнал, который синусом назвать можно лишь приближенно. Поэтому картинки и вышли такие корявые. Но главное – детектирование происходит, устройство работает!

    Одними из основных характеристик синхронного детектора являются динамический резерв и динамический диапазон. Они связаны друг с другом. Динамический диапазон есть отношение максимально допустимого входного некогерентного сигнала при данной чувствительности к минимальному распознаваемому синхронному сигналу. Динамический резерв – то же, но к максимальному входному синхронному сигналу. Выражаются эти характеристики в децибелах.

    Оценим их. Какое у нас максимально допустимое несинхронное входное напряжение (или уровень шума)? То, которое приведет к насыщению входного усилителя (8 В питания минус 1,5 В выходит 6,5 В). Обычно наш прибор эксплуатируется при максимальном усилении 20*40=800. В этом случае для насыщения нужно 325 мВ амплитуды входного сигнала. Чтобы на выходе была полная шкала (примерно 12 В, которые соответствуют насыщению выходного усилителя), надо 15 мВ. А чтоб тестер показал 0,01 В, нужно 12,5 мкВ на входе. Если посчитать на основе этих данных, получается: динамический резерв = 26,7 дБ, динамический диапазон = 88,3 дБ. Довольно неплохо.

    В реальности, правда, максимальное некогерентное входное напряжение может оказаться ниже. Чтобы точнее узнать характеристики детектора, на его входы подают два сигнала разной частоты и увеличивают основной сигнал до тех пор, пока показания тестера не станут отличными от нуля. Амплитуду этого сигнала и подставляют в расчеты.

    Стоит отметить, что у современных промышленных синхронных детекторов динамический резерв может достигать 120 дБ!

    Итак, новый синхронный детектор готов. Но нужно еще получить от фоторезистора сигнал. Для этого был собран специальный предусилитель.

    Есть три основных способа включения фотосопротивлений: в делитель напряжения, в мост и к преобразователю ток-напряжение. Я избрал первый способ. Получилась такая схемка:

Кучка танталовых конденсаторов и резисторов образуют трехступенчатый фильтр по питанию делителя. Переменная составляющая сигнала выделяется цепочкой C1 R3 и усиливается в 101 раз. Питание на схему подается от внешнего источника (его уже сделали до меня). Под размеры трубы была разработана небольшая плата:

Получилось вот так:

Установка наконец-то была собрана воедино. В рабочих условиях модулированный сигнал, несущий информацию об интенсивности падающего света, выглядит вот так:

    После детектора из такого хаоса получалось постоянное напряжение около двух с половиной вольт, причем последняя цифра на тестере (вторая после запятой) держалась вполне устойчиво. Постоянная времени была 1 с. При повороте призмы-анализатора стрелка прибора движется, позволяя быстро отыскать максимум. Пробный график зависимости интенсивности от угла поворота хорошо согласовался с законом Малюса (то бишь это был квадрат косинуса, немножко искаженный по причине не идеальной юстировки системы).

    Таким образом, установка теперь позволяет проводить эллипсометрические исследования и в ближнем инфракрасном диапазоне. Я благополучно померил свои образцы и защитил диплом. Чего и всем, кому это предстоит, желаю.

Что вы найдете в прикрепленных файлах:
• как и обещал, статью Суббота-Мельник П.А., Скирда А.С. Демодулятор с динамическим резервом 80 дБ.-Вестник Киевского университета, N 20, сер.»Физика», 1979, с.61-67.
• методичку с теорией синхронного детектирования (у нас была такая лаба). Только она на украинском языке
• страничку из проспекта, где написано, какие бывают характеристики синхронных детекторов
• принципиальные схемы
• проекты Sprint-Layout 6.0
• чертежи передней и задней панелей прибора

 

Файлы:
Дополнительно
Проекты Sprint-Layout
Схемы
Страница 1
Страница 2
Страница 3
Страница 4
Страница 5

Все вопросы в Форум.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР — это… Что такое СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР?



СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР

СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР

— устройство для извлечения информации изВЧ-сигнала ,модулированного по амплитуде или фазе, путём нелинейного преобразования- умножения на синхронный опорный сигнал с последующей НЧ-фильтрацией (рис. 1). Низкочастотная составляющая в спектресигнала-произведения имеет вид:

и при пропорциональна искомой амплитуде A(t), а при и ,пропорциональна фазе .Осн. особенность С. . Если , где — полоса пропускания фильтра низких частот, то паразитный сигнал подавляетсяпри фильтрации. Умножение сигналов в С. д. осуществляется обычно электрич. Усилители электрических колебаний), коэф. передачи к-рого изменяется под действием опорного сигнала. Вобщем случае опорным сигналом С. д. может служить периодич. сигнал произвольнойформы. Широко используется прямоугольный опорный сигнал, для к-рого операцияумножения осуществляется путём скачкообразного изменения (переключения)параметра С. д. (сопротивления, ёмкости или др.). Для этого обычно применяютсябыстродействующие диодные или транзисторные переключатели. Для получениятребуемого фазового соотношения между опорным и детектируемым сигналомв цепь опорного сигнала включается фазовращающее устройство (см. Фазовращатель).

Рис. 1. Блок-схема синхронного детектора: У — умножающее устройство,

Рис. 2. Умножение сигналов на изменяемом сопротивлении.

Лит.: Скрипник Ю. А., Модуляционные измерения параметров сигналови цепей, М., 1975; Титце У., Ш е н к К., Полупроводниковая схемотехника, А. В. Степанов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

.

• СИНХРОННАЯ СИСТЕМА
• СИНХРОТРОН ПРОТОННЫЙ

Смотреть что такое «СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР» в других словарях:

• синхронный детектор — Детектор, напряжение на выходе которого пропорционально косинусу разности фаз двух входных сигналов равной частоты и амплитуде одного из них. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины радиопередатчики …   Справочник технического переводчика

• синхронный детектор — sinchroninis detektorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. synchronous detector vok. Synchrondetektor, m rus. синхронный детектор, m pranc. détecteur synchrone, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

• Синхронный детектор — 1. Детектор, напряжение на выходе которого пропорционально косинусу разности фаз двух входных сигналов равной частоты и амплитуде одного из них Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 …   Телекоммуникационный словарь

• синхронный демодулятор — синхронный детектор — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы синхронный детектор EN synchronous demodulator …   Справочник технического переводчика

• Детектор — (лат. detector открыватель, от detego открываю, обнаруживаю)         в радиотехнике, устройство для детектирования (См. Детектирование) электрических колебаний. Д. применяют в вещательных, связных, телевизионных Радиоприёмниках, измерительных… …   Большая советская энциклопедия

• Радиометр — I Радиометр (от Радио… и … метр (См. …метр))         1) прибор для измерения энергии электромагнитного излучения, основанный на его тепловом действии. Применяется для исследования инфракрасного излучения (См. Инфракрасное излучение),… …   Большая советская энциклопедия

• Аналоговая интегральная схема — Аналоговая интегральная (микро)схема (АИС, АИМС) ИМС, входные и выходные сигналы которой изменяются по закону непрерывной функции (т.е. являются аналоговыми сигналами)[1]. Содержание 1 История 2 Назначение …   Википедия

• ИНФРАКРАСНАЯ АСТРОНОМИЯ — область наблюдательной астрофизики, объединяющая методы и результаты исследований излучения астр, объектов в ИК диапазоне (0,7 мкм 1 мм). Иногда как часть И. а. выделяют субмиллиметровую астрономию (0,1 1 мм). Первым шагом в истории И. а. было… …   Физическая энциклопедия

• СКВИД — [от англ. Superconducting Quantum Interference Device сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство; сверхпроводящийквантовый интерферометр (магнитометр)] высокочувствит. устройство дляпреобразования магн. потока в электрич. сигнал пост …   Физическая энциклопедия

• Система управления — Структура управления  систематизированный (строго определенный) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение с целью достижения определённых целей. Объектом системы управления могут быть как… …   Википедия

Детектирование модулированных сигналов (детекторы АМ, ЧМ, ФМ – сигналов. Синхронный детектор). Фазовые детекторы

50.Детектирование модулированных сигналов (детекторы АМ, ЧМ, ФМ – сигналов. Синхронный детектор).

1. Фазовые детекторы – для выделения из ФМ – колебания НЧ – сигнала, пропорционально закону изменения фазы.

Т.к фаза всегда измеряется относительно чего-то, то в ФД как правило используется опорный генератор, относительно фазы которого происходит сравнение.

Сравнение фазы можно проводить:

- Использование перемножителей Uоп(t) и Uc(t)

     Uоп имеет частоту = частоте немодулированного сигнала.

— убирается при помощи ФНЧ.

— Нелинейное преобразование суммы сигналов Uоп(t) + Uc(t)

использование нелинейного преобразования суммы сигналов сводится к произведению а все остальные составляющие фильтруются.

- Использование ключевых схем Uг(t) подается на ключи в фазе а Uс(t) в противофазе. В зависимости от соотношения фаз будут меняться токи.- На основании балансных фазовых устройств, в которых изменение фазы преобразуется в изменение амплитуды вспомогательного сигнала и последующее его амплитудное детектирование.

2.Частотные детекторы – для детектирования ЧМ – сигналов их принцип действия основан на:

- преобразовании изменения частоты в изменение амплитуды, а затем А – детектирование. Реализуется на основе зависимости  коэффициента передачи цепи от частоты (простейшая RC — цепь )

- преобразовании ЧМ – сигнала в фазовый сдвиг между вспомогательными опорными напряжениями (ФМ — колебания), а затем Ф – детектирование.

- преобразовании ЧМ – сигнала в последовательность импульсов, частота следования которых . Отклонение частоты сигнала от среднего значения  — частотно-импульсные детекторы.

3.Амплитудные детекторы

Качественные показатели амплитудного детектора зависят от амплитуды сигналов. Наиболее полно разработаны методы для сильных и слабых сигналов. Понятие сильного и слабого сигнала зависят от свойств нелинейного элемент, т е можем ли мы аппроксимировать нелинейную характеристику эл-та прямой линией.

Осуществить детектирование можно подав АМ – сигнал на безинерционный нелинейный элемент и осуществить затем фильтрацию НЧ – составляющей. В качестве НЭ элемента используется диод.

Е0 – начальное смещение для выбора рабочей точки.

RC – нагрузочная цепь.

Форма  определяется процессом зарядки и разрядки емкости С. В силу нелинейности цепи процесс зарядки происходит быстрее разрядки.

Если вх сигнал имеет АМ с глубиной М и частотой , а Uнагр успевает следить за изменением амплитуды вх сигнала, то

 становится функцией времени и повторяет закон модуляции вх сигнала. Это возможно, если выполняется условие: значение R ограничено Квадратичность детекторной характеристики приводит к значительным искажениям АМ – сигнала (>5%). Чтобы , то М должно быть <20%. Поэтому детектирование слабых сигналов не используется. Для сигналов с амплитудой  В детектор можно считать, как квадратичный.

4. Синхронный детектор

Если гетеродин настроен точно на частоту сигнала, подав АМ – колебания на такой преобразователь частоты получим:

 

 — состовляющая, зависящая от сдвига фазы, поэтому имеются НЧ – колебания.

 — закон изменения амплитуды ВЧ АМ – сигнала.

Синхронный детектор – преобразователь частоты при условии . Для выделения полезного сигнала на выходе вкл ФНЧ (простейшая RC – цепь).

На практике между  и поддерживается жесткое фазовое соотношение . Для этого используют ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты).

6.5. Частотные детекторы

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

контуре совпадает по фазе с э.д.с. ε2 . Ток I2 создает на индуктивности

вторичного контура L2 падение напряжения Uк , опережающее ток на 90о . Производя необходимые геометрические построения для нахождения сумм (U1 + Uк / 2) и (U1 − Uк / 2) , получаем, что напряжения на диодах Uд1 и Uд2

равны. Выходные напряжения детекторов на нагрузках R н1 и R н2 также равны по амплитуде и противоположны по знаку, следовательно выходное напряжение дискриминатора равно нулю.

Если частота сигнала выше резонансной частоты контуров, то ток I2

будет отставать по фазе от э.д.с. ε2				(6.59,б). Напряжение Uк по-прежнему
опережает ток I	2	на 90о	. В результате	суммарные вектора U	д1	= (U + U	к	/ 2) и
						1
Uд2 = (U1 − Uк / 2) не			будут равны	друг другу. Выходное напряжение

дискриминатора в этом случае Uвых = (Uд1 − Uд2 ) < 0 будет отрицательным.

Если частота сигнала ниже резонансной частоты контуров, то ток I2 будет опережать по фазе э.д.с. ε2 (6.59,в). Напряжение Uк по-прежнему опережает ток I2 на 90о , а выходное напряжение дискриминатора в этом случае Uвых = (Uд1 − Uд2 ) > 0 будет положительным.

Частотный детектор отношений или дробный детектор (рис. 6.60) за счет наличия внутреннего ограничителя амплитуды позволяет добиться ослабления паразитной амплитудной модуляции на 20 — 30 дБ по сравнению с модуляцией входного сигнала. В нем также происходит промежуточное преобразование ЧМ в ФМ и детектирование с помощью АД.

Рис. 6.60

Отличительной особенностью дробного детектора является последовательное включение диодов и наличие конденсатора большой емкости Cн3, участвующего в процессе подавления амплитудной модуляции. Конденсатор Cн3 выбирается таким образом, чтобы сумма напряжений (Uсн1+Uсн2) оставалась постоянной.

При f=f0 выходное напряжение ЧД Uвых=0. С физической точки зрения это объясняется тем, что при равных амплитудах напряжения на диодах