Диодный преобразователь частоты

Лекция №4

Демодуляторы ЧМ (детекторы).

Рассмотрим два основных типа ЧМ детекторов

- частотный демодулятор, осуществляет преобразование ЧМ в АМ с последующим амплитудным детектированием, рис.4.1;

- частотный демодулятор, осуществляет преобразование ЧМ в ФМ с последующим фазовым детектированием, рис.4.1.

Литература (изучить самостоятельно)

А.Н. Флеров, В.А. Синицын

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО ДЕТЕКТОРА

Руководство к лабораторной работе по курсу «РАДИОПРИЕМНЫЕ И РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА»

Рис.4.1 структурные схемы детекторов ЧМ

Демодулятор с ЧМ-АМ-АД

- ЧМ колебание (4.1)

Реализация:

Рис.4.2детектор(ЧМ-АМ-АД)

Продифференцируем (4.1)

(4.2)

На выходе АД:

(4.3)

В качестве дифференциатора – любая линейная цепь имеющая наклон АЧХ

К_дц(ω) = ωτ - передаточная функция идеального дифференциатора

Рис.4.3АЧХ идеального дифференциатора

Рис.4.4пример реализации частотного детектора

АЧХ колебательного контура

Рис.4.5работа детектора

Рис.4.6спектр ЧМ и АЧХ контура

2. Демодулятор с ЧМ в ФМ + фазовое детектирование.

Фазовый детектор -> перемножитель напряжений + фильтр.

Рис.4.7модель фазового детектора

На выходе перемножителя:

cos (w_оt+f₁)sin(w_ot+f₂)= (4.4)

после фильтра:

~ Df (4.5)

[ фазовый детектор - двухвходовое устройство, выходное напряжение которого пропорционально разности фаз входных гармонических сигналов]

Рис.4.8модель ЧМ–ФМ-ФД

-широкополосный фазовращатель;

τ₃ – линия задержки.

∆φ_t3=ωτ₃ (4.6)

ω_чм(t)=ω₀+ω_mλ(t) - изменение мгновенной частоты (4.7)

∆φ_лзчм=ω₀τ_з+ω_mτ_зλ(t) - задержка в верхней ветви (4.8)

Uв(t) = cos[ω₀t +ω₀τ_з+ω_mτ_зλ(t)] – напряжение на входе ФД верхнем

Uн(t) = sin[ω₀t + ω_mλ(t)] – напряжение на входе ФД нижнем

Uвых(t) = sin[ω₀τ_з + ω_m(1-τ_з)λ(t)] – напряжение на выходе ФД

Uвых(t) ~ ω_m (1-τ_з) λ(t) (4.9)

Линия сложна в реализации, поэтому используют колебательный контур

К(р)=е^-ptз

К(р)=М(p)/ N(p), m<n

Реализации ЧД

Частотный детектор со связанными контурами.

Рис.4.9схема принципиальная ЧД

Рис.4.10векторные диаграммы работы ЧД

При w_o=w_вх Uк1 и Uк2 сдвинуты на 90⁰ – свойство связанных контуров;

При w_o> или <w_вх угол между Uк1 и Uк2 меняется и меняется модуль результирующего вектора (выход АД).

Рис.4.11частотная характеристика ЧД

Недостаток:

- нелинейность характеристики;

- наличие постоянной составляющей

от этих недостатков избавлена схема балансного (двухканального) ЧД, см. Руководство к лабораторной работе по курсу «РАДИОПРИЕМНЫЕ И РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА»

- самостоятельно изучить эту и другие схемы приведенные в руководстве!

Преобразователи частоты

Преобразователи частоты служат для переноса спектра сигнала из одной частотной области в другую без изменения закона модуляции.

Рис.4.12Структурная схема ПЧ.

X – перемножитель.(параметрический) или м.б. нелинейный элемент-

преобразовательный элемент.

- полосовой фильтр (выделяет U промежуточной частоты)

G – гетеродин, маломощный местный генератор

Рис.4.12преобразования во временной и частотной областях

(4.10)

сигнал промежуточной частоты ω_пр=ω_с-ω_г выделяется фильтром

Реализация ПЧ:
-диодные преобразователи частоты
-транзисторные преобразователи частоты
-специализированные микросхемы

Пример:

Диодный преобразователь частоты.

Рис.4.13 схема электрическая принципиальная

Рис.4.14 изменение крутизны ВАХ диода под действием гетеродинного напряжения

Uсм не на схеме не показано

Uвх=Uс cosw_ct , Uс<< Uг (4.11)

Iд= I₀ [expaUвх -1] (4.12)

n=2,3,. (4.13)

I_вых=S(t)U_вх(t)= Sо Uс cosw_ct + S₁ Uс cosw_ct cosw_Гt + Uс cosw_ct (4.14)

Uвых= I_вых Zн (4.15)

Ток диода содержит множество комбинационных составляющих с частотами:

ω_с-ω_г ; ω_с+ω_г ; nω_г- ω_с; nω_г+ ω_с

одна из них может быть выделена фильтром, остальные- побочные продукты преобразования

Uвых ~ cos(w_c-w_Г)t, (4.16)

ω_пр=ω_с-ω_г

Рис.4.14 пример транзисторного преобразователя частоты

Выводы:

1. При преобразовании частоты закон модуляции входного сигнала не нарушается, а изменяется только значение центральной частоты спектра сигнала.

2. Для преобразования частоты используются нелинейные цепи и цепи с периодически изменяющимися параметрами.

3. В нелинейных цепях под действием сигнала гетеродина (интенсивного по отношению к сигналу) периодически во времени меняется режим преобразовательного элемента, т. е. крутизна его ВАХ меняется с частотой гетеродинного U. При этом на выходе преобразовательного элемента содержится ряд комбинационных составляющих, одна из которых обычно с частотой (ω_с-ω_г) выделяется полосовым фильтром.