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
Кдц() = - 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 (wоt+f1)sin(wot+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;
3 – линия задержки.
t3=3 (4.6)
чм(t)=0+m(t) - изменение мгновенной частоты (4.7)
лзчм=0з+mз(t) - задержка в верхней ветви (4.8)
Uв(t) = cos[0t +0з+mз(t)] – напряжение на входе ФД верхнем
Uн(t) = sin[0t + m(t)] – напряжение на входе ФД нижнем
Uвых(t) = sin[0з + m(1-з)(t)] – напряжение на выходе ФД
Uвых(t) ~ m (1-з) (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 wo=wвх Uк1 и Uк2 сдвинуты на 900 – свойство связанных контуров;
При wo> или <wвх 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 пр=с-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 coswct , Uс<< Uг (4.11)
Iд= I0 [expaUвх -1] (4.12)
n=2,3,. (4.13)
Iвых=S(t)Uвх(t)= Sо Uс coswct + S1 Uс coswct coswГt + Uс coswct 
(4.14)
Uвых= Iвых Zн (4.15)
Ток диода содержит множество комбинационных составляющих с частотами:
с-г ; с+г ; nг- с; nг+ с
одна из них может быть выделена фильтром, остальные- побочные продукты преобразования
Uвых ~ cos(wc-wГ)t, (4.16)
пр=с-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 (с-г) выделяется полосовым фильтром.