Частотный детектор с двумя связанными контурами.

Частотный детектор применяют для детектирования частотно модулированных сигналов, информация в которых заложена в изменении частоты.

В частотном детекторе происходит преобразование частотно модулированного сигнала в амплитудно модулированный, из которого выделяется полезная информация.

Существует несколько различных способов преобразования ЧМ-АМ.

Рассматриваем наиболее часто встречающийся способ преобразования: ЧМ-ФЧМ-АМ для схемы частотного детектора с системой связанных контуров, настроенных на одну частоту

      Большинство частотных детекторов построено по дифференциальной схеме с вычитанием напряжения на низкой частоте. Это позволяет получить на переходной частоте нулевое напряжение, расширить линейный участок детекторной характеристики и уменьшить величину комбинационных составляющих в выходном напряжении. На рис.6.6 приведена принципиальная схема частотного детектора с настроенными контурами.

 

 

                                                Рис.6.6

 

 

В этой схеме оба контура настроены на номинальную промежуточную частоту w_пр приемника. Напряжение этой частоты на каждом из диодов является геометрической суммой напряжения на коллекторе транзистора, которое поступает на среднюю точку второго контура через конденсатор С0, и напряжения на соответствующей половине второго контура. Последнее возникает за счет взаимоиндукции М, существующий между катушками L1 и L2. Ток, выпрямленный диодом Д₁, проходит через резистор R1, дроссель и верхнюю половину катушки L2. Выпрямленный ток нижнего диода Д₂ замыкается через резистор R₂, дроссель и нижнюю половину катушки L₂. Напряжения, созданные этими токами на резисторах R₁ и R₂, включены последовательно и имеют противоположенную полярность. На выходе действует их разность.

 

В точке резонанса ток I₁ в катушке первого контура отстает по фазе от напряжения U₁ на ней приблизительно на 90 градусов. ЭДС взаимоиндукции Ем, наводимая этим током во втором контуре, отстает от тока I₁ на 90 градусов. Ток I₂ во втором контуре при резонансе совпадает по фазе с Ем. Напряжение U₂` и U<sub>2</sub>`` на обеих половинах катушки L<sub>2</sub> сдвинуты относительно тока I<sub>2</sub> на 90 градусов и взаимно противоположны по фазе, если отсчитывать их от средней точки катушки. Напряжение на каждом из диодов получается геометрическим сложением вектора U1 с одним из векторов U2` и U2``. Векторная диаграмма рис.6.7

 

                                        

 

 показывает, что напряжение на входе обоих диодов имеет одинаковую величину  и поэтому разность напряжений, выпрямленных обоими диодами равно нулю

 

Uд1

U`2        U``2

I1

I2

Eм

U1

Uд2

 

 

  

 

 

                  Рис.6.7

 

             

Когда частота начинает уменьшаться , в контуре вторичной обмотки преобладает индуктивное сопротивление, т.е. контур носит индуктивный характер. Ток в контуре  отстает от от ЭДС_м рис.6.8 на угол, зависящий от изменения частоты, и результирующий вектор суммарного напряжения на входе диодов изменяется, пропорционально изменению частоты.

U``2

U1

I1

U`2

I2

Eм

Uд2

Uд1

 

                      Рис.6.8

 

Так как напряжение , то на выходе частотного детектора напряжение положительное.

Когда частота увеличивается , контур вторичной обмотки приобретает емкостной характер, ток в контуре  опережает ЭДС_м , на угол, зависящий от изменения частоты, напряжение на катушке контура сдвинуто на 90⁰, результирующее напряжение на диодах изменяется пропорционально изменению частоты

 

 

I1

I2

Eм

U`2

U``2

U1

Uд2

Uд1

 

 

                                           

 

 

               Рис.6.9

 

Если , то напряжение на выходе детектора становится отрицательным.

 

В результате получается, что амплитуда результирующего напряжения на входе диодов в каждый момент времени имеет величину, которая зависит от модулирующего сигнала.

            

Частотно модулированное колебание преобразуется в амплитудно модулированное.

 Огибающие колебаний на входе каждого диода рассчитываются по формуле:

 

 

где ( ) – сдвиг между векторами напряжений равен разности мгновенных частот ;

     частота передаваемой информации.

 

Напряжение на резисторах:                                                                                                                            

 

 

Выходное напряжение снимается с двух последовательно включенных резисторов:

   

 

Основной характеристикой частотного детектора является детекторная характеристика. Детекторная характеристика это зависимость амплитуда напряжения на выходе детектора от изменения частоты модуляции  рис.6.10.