6.3 Честотни детектори
Честотният детектор е преобразувател, чийто изходен параметър (напрежение, ток и др.) е пропорционален на моментната честота на входния сигнал.
Откриването на честота е възможно чрез преобразуване на FM към друг тип модулация и след това откриване на конвертирания сигнал. Според вида на предварителното преобразуване на FM сигнала, методите за детекция могат да бъдат разделени на три групи: FM-PM-PD, FM-AM-BP, преобразуване на входния сигнал в импулсна форма.
6.3.1 Честотни детектори с аналогови междинни преобразувания
Детектори с FM-AM преобразуване.
В такива детектори FM сигналът се преобразува в AFM трептене чрез резонансни вериги, разстроени спрямо средната честота на сигнала, последвано от детекция от амплитудни детектори.
AO – амплитуден ограничител;
Фиг.13.7 - Честотен детектор с FM-AM преобразуване
Междинно преобразуване на FM сигнала в детектора, чиято схема е показана на фиг. 13.7 се изпълнява от резонанснаLC-верига. Преобразувателят използва наклонен участък от веригата AFC, където зависимостта на напрежението на веригатаUk от честотатаfе близка до линейната. Резонансната честота на веригата се различава от средната честота на сигнала със стойносттаfН - фиг.13.9. Такъв преобразувател се нарича верига, разстроена по отношение на честотата на сигнала. При използване на наклонения участък от честотната характеристика на веригата възниква съпътстваща амплитудна модулация - фиг. 13.8. Изменението на амплитудатаUk на напрежението във веригата съответства на закона за изменение на честотата на входния сигнал. Напрежението от веригата се подава към амплитудния детектор, чието изходно напрежение е функционално свързано с моментната честота на входния сигналED =F(fs).
Честотен детектор с единична денастроена верига (фиг. 13.7)
,
I1 – амплитудата на първия хармоник на изходния ток на АО;de– еквивалентно контурно затихване.
Изходно напрежение на детектора
Напрежение на веригатаUk =Uko/,
EBH =Uk cos=Uco cos/
където cosе усилването на амплитудния детектор;
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Фиг.13.13 – FM-AM преобразуване
=
е обобщената разстройка на контура.
Характеристиката на откриване, конструирана съгласно израза заEFR, съвпада по форма с честотната характеристика на линейната верига, използвана в FR - в този случай с резонансната характеристика на веригата. Такива най-прости черни дупки се използват само в системи с теснолентова FM, тъй като те нямат достатъчно линейни характеристики на детектора. Възможно е да се увеличи линейността на характеристиката на откриване на BH чрез намаляване на качествения фактор на веригата, но е по-добре да се използва балансиран BH с взаимно разстроени вериги - фиг. 13.9.
Балансиран ЧД с взаимно разстроени контури– два ЧД с единични разстроени контури – фиг.13.9. Едната верига има резонансна честотаf01 над централната честотаfcна входния сигнал, а другата има резонансна честотаf02
a
b
Фиг.13.9,а),b) – Балансиран честотен детектор
Фиг.13.9,c) – Балансиран честотен детектор с взаимноразстроени контури
Балансиран честотен детектор с взаимно разстроени контури (фиг. 13.9,c) съдържа две черни дупки с единични контури - фиг. 13,7;L1C1-верига на първия RR е настроен на честотаf01, която превишава средната честотаf0 с f, аL2C2-верига на втория RR е настроен на честотаf02, която е fпо-ниска от средната честота на входния сигналf0. При честота на сигналаf=f0, напреженията на двете вериги са еднаквиUK1=UK2, а изходните напрежения на амплитудните детектори също са еднакви, но противоположни по знакEBP1 = -EBP2 и напрежението на изхода на FREFR=0 - фиг. 13.9. Сf>f0 напрежениетоUK1 на първата верига става по-голямо от напрежениетоUK2 на втората, и съответноEAD1>gt;EPM2 и изходното напрежение на честотния детекторERR > 0. ПриfEBP2 иERR
Фиг.13.10 - Честотен детектор с FM-PM преобразуване
PFC на резонансната верига
Диаграмата на черна дупка с две свързани вериги, настроени на средната честота на сигнала, е показана на фиг. 13.11. Раменете на черната дупка трябва да са еднакви:RH1 =RH2 =RH;CH1= CH2= CH. Две индуктивно свързани веригиL1C1 иL2C2 са настроени на централната честота на сигналаf01=f02=f0. На изхода на линейната верига са включени два диодни детектора, върху товарите на които се излъчват напреженияEAD1 иEAD2. ДиодитеVD1,VD2 са еднакви,RH1 =RH2,CH1 =CH2, следователно печалбите на диодните детектори са еднакви и равни на cos. Че.EBP1=UD1 cosиEBP2=UД2 cos, къдетоUD1;UD2 – амплитуди на високочестотни напрежения върху диоди. Компонентът на постоянен ток на диодаVD1 протича през веригатаVD1 RH1 Друго горна половинаL2 VD1, а компонентът на постоянен токVD2 протича през веригатаVD2 RH2 Друго долна половинаL2 VD2. Високочестотният дросел Dr служи за затваряне на веригата на постоянния ток на диода. Няма специално устройство за изваждане във веригата BH, но се използва просто събиране на напреженияEBP1 иEBP2 в обратна полярност, следователно,
Високочестотният компонент на тока на диодаVD1 протича през веригата:VD1 CH1 CH2 общ проводник CBL L1C1 CCB L2C2 VD1. Прилага се диодVD1: половината от напрежението на втората верига 0,5Ū2 и напрежението на първата веригаŪ1, т.е.ŪD1 =Ū1 + 0,5Ū2 . НапрежениеŪ1 се освобождава при индуктора Dr, свързан с висока честота паралелно на първата веригаL1C1. За да не влияе индуктивността на дроселаLdr върху индуктивността на първичната верига, при избора му са изпълнени условиятаLdr 10L1.
По аналогия за диодаVD2 можем да запишемŪD2 =Ū1 – 0.5Ū2; знакът „минус“ се дължи на „противоположното“ включване на диодиVD1,VD2 – към диодите се подават противоположни полярности на напрежениетои2.
Когато обясняваме принципа на работа на BH с две свързани вериги, условно ще считаме напрежението на първата верига за еталон, така че фазата на вектора на напрежениетоŪ1 може да се приеме равна на нула. От израза за ЕМП, индуциран във втората верига
При резонанс токът във втората веригаİ2 и ЕМПĒ2 са свързани с връзкатаİ2 =Ē2/r2 – векторите на напрежениетоŪ1 ,Ē2 и токаİ2 приС =0 съвпадат във фаза. Напрежение на кондензатораC2 на втората верига
Ū2 =İ2/jC2 изостава от токаİ2 с 90°. Половината от напрежението на кондензатораC2, действащо спрямо средната точка на индуктораL2, се прилага през долната половина на завоите (виж Фиг.13.12) към диодаVD2 и водиŪ1 на 90 °; другата половина от напрежението на кондензатораC2 през горната половина на намотките на намоткатаL2 се прилага към диодаVD1 и изостава от напрежениетоŪ1 с 90°. Векторът на напрежението върху диодаVD1 е равен на суматаŪD1 =Ū1 + 0,5Ū2, а векторътŪD2 =Ū1 – 0,5Ū2. Очевидно при резонанс®D1 =®D2, следователно,ED1 =ED2;ERR =ED1 –ED2 = 0.
Вземаме вектораŪ1 като референтен вектор; EMF, индуциран във втората веригаĒ2 MŪ1/L1, - неговата фаза съвпада с фазата наŪ1.Ток във втората веригаİ2 =Ē2/[r2+j(L2 – 1/C2 )]; приC>gt;0 съпротивлението на 2-ра веригаX2 = (L2 – 1/C2) е индуктивно, следователно токътİ2 изостава от ЕМПĒ2.НапрежениеŪ2 на кондензатораC2 от става от токİ2 на 90°. Напрежение от 0,5Ū2 се прилага към диодаVD1, което изостава от токаİ2 с 90°, и напрежение от 0,5Ū2 се прилага към диодаVD2, водещо токаİ2 с 90°. Добавяйки съответните вектори, дефинирамеŪD1 иŪD2. ПриС >0 очевидноŪD2>ŪD1 докатоED2 >ED1 иEFR ' =M2Ū1/L1 на съединителната намоткаL3 е във фаза с напрежениетоŪ1 на първичната верига. Следователно векторните диаграми, разгледани при анализа на работата на BH със свързани вериги, остават валидни и за фракционен детектор.