Детекторы

Детекторы преобразуют принимаемые модулированные сигналы в напряжение, соответствующее передаваемому сообщению. В зависимости от вида модуляции различают: амплитудные, частотные и фазовые детекторы.

Синхронное детектирование осуществляется путем умножения сигнала на опорное напряжение

Получаемое на выходе детектора напряжение содержит составляющую с частотой , которая подавляется фильтром нижних частот.

Тне Еnd

– угол отсечки диода

Радиосигналы подразделяются на три группы:

1. Непрерывные казигармонические, где сообщение заложено в модуляцию амплитуды U_вх, частоты f_вх или фазы _вх. Различают АД,ЧД и ФД.

2. Радиоимпульсные, где сообщение передается с помощью модуляции: пикового напряжения U_пик, частоты f_вх или длительности импульса _и (при ШИМ), времени начала импульса t_ни (ФИМ). Исп. детекторы радиоимпульсов.

3. Видеоимпульсные, когда модуляция осуществляется изменением пикового значения Uпик (АИМ), длительности импульса _и (при ШИМ), времени начала импульса t_ни (ФИМ)., а также при изменении комбинации импульсов в группе (при ИКМ). Исп. детекторы видеоимпульсов и декодеры.

Спектр АМ колебания состоит из трех составляющих: несущего колебания с несущей частотой fн и амплитудой Uн и двух боковых составляющих с частотами fн+F и fн –F и амплитудами 0,5mUн, где m – коэффициент модуляции.

Вид радиосигнала	Непрерывные казигармонические	Радиоимпульсные	Видеоимпульсные
Вид модуляции	АМ, ЧМ, ФМ	АИМ,ЧМ, ШИМ, ФИМ	АИМ, ШИМ, ФИМ, ИКМ

Взаимодействие двух сигналов в детекторе

Выходное напряжение детектора определяется амплитудой суммарного входного напряжения.

Сумма двух синусоидальных напряжений с различными частотами образует напряжение, амплитуда и фаза которого изменяютс я с частотой биений, равной разности частот суммируемых колебаний.

Детектор – это устройство

U_вх

u_вх

U_F

E _{д 0}

E

f

fн

fн-F

Fн+F

U_н

0,5mU_н

U_F

АД

u_вх

E _д

E _д

f

F

U_F

E _{д 0}

Таким образом, напряжение на выходе АД содержит составляющие частот, которых не было во входном напряжении. И эти частоты необходимо отфильтровать при помощи параметрических (синхронных) детекторов либо детекторов на основе нелинейной цепи(на основе лиодо, транзисторв и т.д).

Параметрические (синхронные) детекторы: - это детекторы, использующие линейную цепь с периодически меняющимися параметрами.

Здесь под действием гетеродина периодически меняется во времени параметр цепи (например, крутизна ПЭ). К таким устройствам относятся и ПЧ, применяемые в приемниках, называемых синхродинами, где в качестве смесителя используется перемножитель, на который поступают сигналы с преселектора и колебания гетеродина СГ, синхронизированные относительно колебаний сигнала с точностью до фазы с помощью цепи синхронизации (ЦС. На выходе перемножителя, играющего роль синхронного детектора выделяется сигнал с частотой модуляции F_м, выделяемой ФНЧ с полосой пропускания F_{м max}, соответствующей максимальной частоте модуляции сигнала.

УЧМ

ЦС

СГ

УРЧ

ВЦ

fг = fс

fс

fс

Fм

Рис. ПЧ, применяемые в приемниках, называемых синхродинами

Структурная схема синхронного АД совпадает со структурной схемой ПЧ (рис.).

Сн

Rн

i₂

Eд

Нелинейная система

Параметрическая система

Рис. Фазовый детектор

Ток на выходе ПЭ при fг = fс с учетом начальной фазы колебания гетеродина

При

- циклоида

Диодные АД – последовательные, если нагрузка Rн и диод VD включены последовательно.

При малом уровне сигнала прямая проходная проводимость диода мало отличается от проводимости прибора при действии отрицательных полуволн напряжения. Этот режим работы получил название режима детектирования слабых сигналов. При большом уровне входных сигналов прямая проходная проводимость изменяется так сильно, что появляется отсечка тока, это режим детектирование я сильных сигналов.

Обычно выбирается так, что .

Для при приращении

U_m0 – амплитуда несущей

Характеристика реальных АД отличается от прямолинейной.

Если минимальное напряжение на детекторе меньше U`min, то Кд зависит от Uвх, а форма продетектированного напряжения отличается от формы огибающей входного напряжения.

Скорость разряда конденсатора должна быть больше скорости спадания Uвх.

Исследовав производные на экстремум, получим:

Детекторы угловой модуляции служат для получения напряжения или тока, повторяющего закон изменения частоты или фазы входного колебания.

Фазовый детектор – устройство, предназначенное для получения напряжения, пропорционального разности фаз между сигналом и опорным колебанием.

Амплитудные ограничители – это устройства, обеспечивающие постоянство выходного напряжения при изменении входного напряжения в определенных пределах. Бывают ограничители мгновенных значений и амплитудные.

Uпор макс

Uпор мин

Uвх

t

Особенность ограничители мгновенных значений

Uпор макс

- Uпор мин

Uвх

t

Uвх

Uвых

Uвых=const

t

Uпор макс

uвх

Uвх

Рис. Балансный фазовый детектор

Детекторы угловой модуляции служат для получения напряжения или тока, повторяющего закон изменения частоты или фазы входного колебания.

Фазовый детектор – устройство, предназначенное для получения напряжения, пропорционального разности фаз между сигналом и опорным колебанием.

Частотным называют детектор, напряжение на выходе которого определяется отклонением мгновенной частоты входного сигнала от определенного значения.

Детекторы ЧМ сигналов (ЧМС):

1. с преобразованием ЧМС в АЧМС с последующим детектированием АД;

2. с преобразованием ЧМС в ФЧМС с последующим детектированием фД;

3. с преобразованием ЧМС в ИМС с последующим детектированием ИД.

В 1. Один из контуров настроен на частоту , т.е. несколько выше средней частоты принимаемого сигнала , а второй на частоту , т.е. ниже .

При возрастании частота сигнала приближается к резонансной частоте первого контура и удаляется от частоты настройки второго контура . Напряжение на первом контуре увеличивается, а на втором – уменьшается.

При понижении частота сигнала приближается к резонансной частоте второго контура и удаляется от частоты настройки первого контура . Напряжение на втором контуре увеличивается, а на первом – уменьшается.

Сигнал становится амплитудно-частотно модулированным:

u_с

t  

t  

u_к1

u_к2

t  

U_вых

t  

Для симметрии детекторной характеристики необходимо, чтобы обобщенные расстройки контуров были бы равны: т.е. = , что означает, что полосы пропускания обоих контуров должны быть одинаковыми.

А любой девиации частоты соответствует обобщенная расторойка =

Uвых

Резонансные характеристики контуров и соответствующие формы детекторных характеристик

В ЧД оба контура L_к1С_к1 и L_к2С_к2 настроены в резонанс на несущую частоту входного напряжения. Связь между контурами осуществляется за счет взаимоиндуктивности М, поэтому при резонансе напряжения U_д1 и U_д2 будут равны. Во втором контуре развивается напряжение U_к2. Конденсатор С₄ подводит потенциал средней точки 2го контура потенциалу коллектора Т_1.. Тогда на диоды Д₁ и Д₂ поступают напряжения: и

На резонансной частоте напряжение сдвинуто относительно на угол 90⁰. Тогда и U_вых = 0.

Если коэффициенты передачи двух плеч равны, то Uвых = 0. При появляется дополнительный фазовый угол ₂ .

Напряжения и при больших расстройках уменьшаются, поэтому и также уменьшается.

.

Детекторы ЧМ сигналов (ЧМС) с преобразованием ЧМС в ИМС

с последующим детектированием

Импульсно-счетные частотные детекторы:

Постоянная составляющая выходного напряжения за один период входного напряжения:

При формировании прямоугольных импульсов

где Т – период входного напряжения.

Зная, что

Если .

R

+ ОУ₁ -

НЕ

И

+ ОУ₂ -

Вход

u₂

R₁

C₁

C

Выход

u₁

u₄

u₃

Составляющая выходного напряжения прямопропорциональна частотному отклонению входног напряжения и воспроизводит закон частотной модуляции без искажений. Эта составляющая выделяется на выходе ФНЧ.

u₁

t  

t  

u₂

t  

u₃

t  

u₄

Компаратор

Одновибратор

Интегратор

Вход

Выход

Компаратор преобразует входной сигнал в последовательность импульсов u₂. Длительность определяет границы перехода через ноль входного ЧМС.

Времязадающая цепь R₁C₁ определяет длительность импульсов частоты выходного сигнала одновибратора u₃.

---

Дата добавления: 2015-07-26