Радиоприемные устройства

1. Радиоприемные устройства

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ И
ЭЛЕКТРОНИКИ
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ
РАДИОТЕХНОЛОГИЙ
Радиоприемные устройства
Слайд-шоу для цикла лекций по дисциплинам МиУПиОС и РПрУ
Доцент кафедры ИРТ , к.т.н.
КУРОЧКИН АЛЕКСАНДР ЕВДОКИМОВИЧ
[email protected]

2. Часть 6. Детекторы сигналов

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕТЕКТОРОВ СИГНАЛОВ

19
КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕТЕКТОРОВ СИГНАЛОВ
По виду модуляции:
1. Амплитудные
2. Частотные
3. Фазовые
По типу преобразующего элемента:
- диодные,
- ламповые
- транзисторные.
Основные параметры:
Крутизна детекторной характеристики
КД
U вых
U вх
U вых
Sчд
f
Коэффициент фильтрации
U
Кф вх
Uf
U вых
Sфд

4. АМ ДЕТЕКТОРЫ

f
Gc
F
1. Квадратичный (режим слабого сигнала)
2. Линейный (режим сильного сигнала)
Последовательный детектор
Параллельный детектор
Cн
VD
fc
Uвх
Cн
Rн
fc
VD
Rн

5. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИОДНОГО ДЕТЕКТОРА

IД
U
Uвых
UД
t
UД(t)
Uвх
зар Ri Cн
t
разр Rн Cн
разр зар
Rн Ri

6. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ДЕТЕКТОРА

Ic
I1
I2
1
2
Yc U1
I1 f (U1 ,U 2 )
I 2 (U1 ,U 2 )
Yд
1
U2
Yн
2
уравнение колебательных характеристик
уравнение характеристик выпрямления
I1
I1
dI1
dU1
dU 2
U1
U2
I 2
I 2
dI 2
dU1
dU 2
U1
U2
dI1 Y11d dU1 Y12 d dU 2
dI 2 Y21d dU1 Y22 d dU 2

7. ВНУТРЕННИЕ И ВНЕШНИЕ ПАРАМЕТРЫ

Входная проводимость
y11d +yc
y22d +yн
y21d
U1
U2
y12d
Y12 d Y21d
Yвхд Y11d
(Y22 d Yн )
Выходная проводимость
Y12 d Y21d
Yвыхд Y22 d
(Y11d Yс )
Внутренний коэффициент усиления
U2
/(y
+y
)
21d
22d
н
Y21d
d
Y21d Rid
Y22 d
y12d /(y11d +yc)
Коэффициент передачи
U1 y
Y21d
Kд
(Y22 d Yн )

8. РЕЖИМ СЛАБОГО СИГНАЛА

IД
I д f (U ) f (U А U )
U U 2 U1 sin( t )
IА
f (U А ) U 2
I д I1 I 2 f (U А ) f (U А ) U
2!
S А
I А S А (U 2 U1 sin( t )) (U 22 2U1U 2 sin( t )
2
U12 sin 2 ( t ))
I1 ( S А S А U 2 )U1 sin( t )
А
UА
UД
t
2
S А
U
I 2 I А S АU 2 (U 22 1 )
2
2

9. ВНУТРЕННИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ СЛАБОГО СИГНАЛА

I1
Y11d
S А S А U 2
U1
I1
Y12 d
S А U1
U2
I 2 1
Y21d
S А U1
U1 2
I 2
Y22 d
S А S А U 2
U2
UА
Расчёт параметров
I o T
di
диода:
SА
e
dU А
U
i I o (e
T
1)
Внутренний
коэффициент
усиления очень
мал!!!
д
S А
T
UА
I o T
dS А
2e
dU А T
U1
U1
U2
2 Т (1 ) 2 Т
Т
При величине внутреннего коэффициента
усиления 0,5 граница слабого сигнала равна: U m.гр Т

10. ВНЕШНИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ СЛАБОГО СИГНАЛА

Коэффициент передачи
Y21d
Y21d Y22d
Rн
Kд =
=
=μ д
(Y22d +Yн ) Y22d Y22d +Yн
R id +R н
Входное сопротивление
U1
R вх = =
I1 1-
1/(y11d +y г )
y 22d +y н
=
y12d y 21d
y11d y 22d +y11d y н -y12d y 21d
(y11d +yг )(y 22d +y н )
SА +Yн
SА +Yн
1
R вх =
= 2
1 2
S
+S
Y
S
2
А
А
н
А
SА +SА Yн - SА U1
2

11. ВНЕШНИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ СЛАБОГО СИГНАЛА

Коэффициент гармоник
1+cos(2 t)
U =U [1+mcos( t)] =U [1+2mcos( t)+m
]
2
2
m
U 2
m
2
Кг =
=
=
U 2m 4
2
1
2
m1
2
2
m1
2
Коэффициент фильтрации
U1 S А
1
U mвых I mвых
Сн Сн
U1
Сн
kф =
=
= Сн R id
U mвых
SА
Rid
U1
Cн
Rн

12. ДЕТЕКТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА В РЕЖИМЕ СЛАБОГО СИГНАЛА

Id
I d I 2 I 2 I А f (U1 )
S А U12
I d S АU 2
4
U1
U 2 I d Rн
S А U12
Id
4(1 S А Rн )
t
Режим слабого сигнала часто называют
режимом квадратичного детектирования

13. РЕЖИМ СИЛЬНОГО СИГНАЛА

20
РЕЖИМ СИЛЬНОГО СИГНАЛА
i
iд
iд SU д
U2
Uд
U вх U1 cos( 1t )
t=0
t1
Um
t
I2
Uвх(t)
2θ
U д U вх U 2
U д U1 cos( 1t ) U 2
U д =U1cos -U 2 =0
U2
cos
U1
t
i(t ) S (U вх U1 cos ) SU1[cos( 1t ) cos ]

14. ВНУТРЕННИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ СИЛЬНОГО СИГНАЛА

I
i (t ) o I1 cos( 1t ) ... I k cos(k 1t )
2
I1
2
S[U1 cos( 1t ) U 2 ]cos( 1t )d ( 1t )
0
2
S[U1
0
2
Ik
2
i (t ) cos(k t )d (k t )
1
0
2
S
[
U
cos
( 1t ) U 2 cos( 1t )]d ( 1t )
1
0
1 cos(2 1t )
SU1
2 SU 2
1
U 2 cos( 1t )]d ( 1t )
[ sin(2 )]
sin
2
2
I
SU1
SU 2
1
I 2 o S[U1 cos( 1t ) U 2 ]d ( 1t )
sin
2 0
Y11d
I1 S
1
[ sin(2 )]
U1
2
Y21d
I 2 S
sin
U1
1
I 2
S
Y22 d
U2
I1 2S
sin
Y
sin
d
12 d
U2

15. ВНЕШНИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ СИЛЬНОГО СИГНАЛА

I 2 Rн
SU1 Rн
sin
SU 2 Rн
или
SU 2 Rн
SU 2 Rн
U2
sin
cos
Rн
S (tg )
Коэффициент передачи
sin
Rн
sin
S (tg )
K д d
cos
R i Rн
tg
S S (tg )
0
Kд 1

16. ВНЕШНИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ СИЛЬНОГО СИГНАЛА

20
ВНЕШНИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ СИЛЬНОГО СИГНАЛА
Определение входного сопротивления последовательной схемы,
энергетический подход
U вх2
U m2
Pвх
Rвх 2 Rвх
U н2
Pн
Rн
Um
U вх
2
Uн Um
Если
U m2
U н2
2 Rвх Rн
или
2 Rвх Rн
то
Pн Pвх
Rн
т.е. Rвх
2

17. ВНЕШНИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ СИЛЬНОГО СИГНАЛА

20
ВНЕШНИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ СИЛЬНОГО
СИГНАЛА
Входное сопротивление последовательной схемы
y22 d yн
Rн
1
Rвх
y11d ( y22 d yн ) y12 d y21d
2 yн
2
Входное сопротивление параллельной схемы
Rн
R
н
Rвх Rн
Rн
2
Rвх пар
Rвх Rн Rн R
3
н
2
Коэффициент фильтрации
Rн
Rн
U1
U1
U mвых I1
2 2
2
2
2
1 н Rвх 1 Rн Cн Rвх Cн
U1
kф
Rвх Cн fRнCн f н
U mвых

18. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

21
НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ
Нелинейность детекторной характеристики
Кd
1
dI 2 Y21d dU1 Y22 d dU 2
dU 2 dI2 R н
Y21d
U1
mU1
I2
Kd
Y22d g н R н
Rн
U1
С ростом U1 коэффициент передачи стремится к единице!!!

19. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

21
НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ
Программа
Id
Нелинейность детекторной характеристики
Переходная
область
Rн1
Rн2> Rн1 Rн1
Uн =Id Rн
идеальная
Rн2> Rн1
Квадратичный
участок
Линейный
участок
С ростом U1 или Rн влияние
члена под знаком логарифма
уменьшается!!! Происходит
линеаризация детекторной
характеристики.
U1
U1
U1 -U д =Uн
Io +I 2
U1 Т ln(
) = I2 R н
Iо

20. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

21
НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ
1. Нелинейность детекторной характеристики
Id
Переходная
область
Rн1
Область
нелинейных
искажений
IД
Rн2> Rн1
Квадратичный
участок
UД
Uи
Линейный
участок
UД(t)
U1
U mo (1 m) U и 0,1 0,3 В
Программа
t
Umo(1+m)
Umo(1-m)

21. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

2. Инерционность нагрузки
t=0
1
U
t
Нелинейные
искажения
U U m e н
U
U m U mc [1 m cos( t )]
t
dU m
dU
dt
dt
Uвх
t
dU
1
U m e н
dt
н
cos m
1
н
mмакс sin
1 mмакс cos
m 1 m2
н
1 m2
1
Программа
dU m
m U mс sin( t )
dt
U mc U m /(1 m cos )
mмакс
1
1 (2 FRнCн ) 2

22. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

3. Различие нагрузки по постоянному и переменному токам
1
I2
U2
Rн
+ -
I2
3
m)
1
(1+
А
fc
Uвх
Cн
Cр
Rн
Uн
Rвх
Um
o (1
U
-m
)
1
U2
Rн
mo
I2
VD
2
Rвх Rн
U ср U mс
Rн
U (t)
Rвх Rн
U cp Rн
Uн
U mc (1 mмакс )
Rвх Rн
4
Нелинейные
искажения
Программа
U2
Д
Отсечка
тока
Rн mмакс
Rвх
1 mмакс
U2
t
R
mмакс
Rн

23. ДЕТЕКТОР С РАЗДЕЛЁННОЙ НАГРУЗКОЙ

С выхода УПЧ
СК
LK
Программа
Lсв
VD
R1
Rн=R1+R2 СР
С1
С2
Сн=С1+С2
R2
Rвх ТНЧ
1. Из-за шунтирования только части нагрузки детектора различие
R 2по
R âõ
R 2 R âõ
нагрузки
постоянному и переменному
токам может быть
R í Ωсведено
=R1 + к минимуму,
=R на-R
+
Rн нелинейных
Rн mмакс
соответствующий
источник
2
R 2 +R âõискажений практически
R 2 +R âõ устранен
2
2. Коэффициент
фильтрации
выше, так как
Rн
R нв/ч составляющей
2
Rэквивалентная
(1-mсхема
(1-m
)
представляет
собой
ФНЧ
2-го
2
макс )±детектора
макс ) +R н R
вх (1-m
макс
2
4порядка
Недостаток: пониженный
R2
К
cos
коэффициент передачи
Д
R1 R2

24. ДВУХТАКТНЫЙ ДИОДНЫЙ ДЕТЕКТОР

К УНЧ
С выхода УПЧ
СК
Lk
VD1
VD2
Uвых(t)
0
Cн
Rн
Так как частота
удваивается, то
коэффициент фильтрации
увеличивается!
t

25. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ДИОДНЫЙ ДЕТЕКТОР

Сн
U1
СК
LK
VD
Ср
Uвх
U2
Rн
U2
U нч
Сф
Rн
L св
Lк
U1
Ск
VD
Rф
Uн
Сн

26. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ДИОДНЫЙ ДЕТЕКТОР

27. ДЕТЕКТОР С ОПЕРАЦИОННЫМ УСИЛИТЕЛЕМ

22
ДЕТЕКТОР С ОПЕРАЦИОННЫМ УСИЛИТЕЛЕМ
R2
R1
Uд
DA
Uоу
U1
VD
С выхода УПЧ
Глубокая ООС приводит к линеаризации
детекторной характеристики и
уменьшению нелинейных искажений
U д U оу U 2
К УНЧ
U2
Rн
Сн
U оу (U1 U 2 ) K
U д (U1 U 2 ) K U 2 U1K U 2 (1 К ) (U1 U 2 ) К
U m.ãð ò / K
Kд 1 R2 / R1
y21d .оу K
S sin
y22 d .î ó K
S

28. ТРАНЗИСТОРНЫЕ АМ ДЕТЕКТОРЫ

Uвх=eс-Uос
Выход
Uвх
+
ec
-
VT
+ Rос
Uос
-
K SRос
Iвых
Аналог
операционного
усилителя - каскад
со 100%-ой
последовательной
ООС по
напряжению
+Еп
-Еп

29. ТРАНЗИСТОРНЫЕ АМ ДЕТЕКТОРЫ

+Е
С выхода УПЧ
СР
СК
Rб2
VT
LK
Rб1
Сбл
СР
К УНЧ
С
R
Эмиттерный детектор
+Е
R
С выхода УПЧ
СК
LK
С
СР
К УНЧ
VT
Lсв
Rб1
Rб2
Сбл
Rос
Коллекторный
детектор

30. ТРАНЗИСТОРНЫЕ АМ ДЕТЕКТОРЫ

+Е
С выхода УПЧ
СР
Rб2
Rн
СК
VT
LK
СР
К УНЧ
Сн
Rб1
Сбл
R
Базовый детектор
+Е
R
С выхода УПЧ
СК
LK
С
СР
К УНЧ
VT
Lсв
Rн1
Rн2
Сн
Rос
Коллекторнобазовый детектор

31. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛОВ В АМ ДЕТЕКТОРЕ

U m
Um2
б
+
+
-
U m
U ср
U m1 U m 2
+
U m1
Um1
Анимация
t
Площади, обозначенные знаками “+”и”-” равны,
поэтому среднее значение равно длине вектора Um1
Тб
1
Uвых.ср =
К д U mΣ dt=К д U m1
Тб 0
t

32. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛОВ В АМ ДЕТЕКТОРЕ

U m
б
Um2
+
U ср
+
-
U m
+
-
Um1
Площади, обозначенные знаками “+”и”-” равны,
поэтому среднее значение равно длине вектора Um1
Анимация
t

33. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛОВ В АМ ДЕТЕКТОРЕ

Т
1 б
U вых.ср
К дU m dt К дU m1
Тб 0
U m1 U m 2
U ср
U m
Um2
+
+
-
U m
+
-
U U m1
U m1
Um1
t
Площади, обозначенные знаками “+”и”-” не
равны, поэтому среднее значение в данном случае
больше длины вектора Um1
t

34. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛОВ В АМ ДЕТЕКТОРЕ

U ср
U m
Um2
+
+
-
U m
+
-
U U m1
U m1
Um1
t
U m1 U m 2
Площади, обозначенные знаками “+”и”-” не
равны, поэтому среднее значение в данном случае
больше длины вектора Um1
t

35. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛОВ В АМ ДЕТЕКТОРЕ

Эффект подавления слабого сигнала сильным в
безынерционном детекторе
UmΣ = U2m 1 +Um2 2 +2Um 1Um 2cos( б t)
1
1 2
1 Х 1 Х Х ...;
2
8
U 2m2
U m2
Х 2 +2
cos( б t);
U m1
U m1
4
3
2
U
U
U
2
2
m2
m2
m2
Х 4 4 3 cos( б t) 4 2 cos ( б t)
U m1
U m1
U m1
4
3
U 2m2
U
U
m2
m2
4 2 [1 sin 2 ( б t)];
<<1;
<<1
4
3
U m1
U m1
U m1

36. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛОВ В АМ ДЕТЕКТОРЕ

1
1 2
1 Х 1 Х Х ...;
2
8
2
U m2 U m2
1
1 2
1 Х Х 1
+
cos( б t)
2
2
8
2U m1 U m1
1 U 2m2
2
4 2 [1 sin ( б t)]
8 U m1
2
U m2
1 U m2
1
cos( б t)+ 2 sin 2 ( б t)
U m1
2 U m1
2
U 2m2
U m2
U m2
U m2
U mΣ =U m 1 1+ 2 +2
cos( б t) U m 1[1+
cos( б t)+ 2 sin 2 (Ω б t)]
U m1
U m1
U m1
2U m1
Тб
U 2m2
1
Uвых.ср =
К д U m dt=К д U m1 (1+ 2 )
Тб 0
4U m1

37. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛОВ В АМ ДЕТЕКТОРЕ

U m1 U m 2
U ср
U m
U m 2
Um2max
Um2min
+
+
-
U m
+
-
+
-
+
-
+
-
Um1
Um1
t
t
U m 2 U mo 2 [1 m2 cos( 2t )]
Площади положительных и отрицательных полуволн примерно равны в местах
расположения амплитуд со значениями Um02 (1-m2). В этих местах среднее значение
выходного напряжения равно Um1. В областях, где амплитуды равны Um02 (1+m2),
площади положительных и отрицательных полуволн не равны. Здесь среднее
значение выходного напряжения превышает значение Um1. В результате на выходе
детектора появляется составляющая с частотой модуляции Ω2.

38. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛОВ В АМ ДЕТЕКТОРЕ

Если модулированы оба сигнала, то:
U m1 U mo1[1 m1 cos( 1t )] U m 2 U mo 2 [1 m2 cos( 2t )]
U 2mo2 [1+m2cos( 2 t)]2
Uвых.ср =К д U mo1[1+m1cos( 1t)]+
4U mo1[1+m1cos( 1t)]
m1 1
m2 1
На выходе детектора:
U mΩ1 =K д U m o1m1
2
mo2
m2 U
U mΩ2 =K д
2U mo1

39. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИГНАЛОВ В АМ ДЕТЕКТОРЕ

U m 1
U m 2
В
m1U mo1
m2U mo 2
Выигрыш равен:
2U mo1
B
U mo2
K U m
д mo1 2 1
m 2 U mo2
K д 2U
mo1
m1U mo1
m2U mo 2
2
2U mo1
m1
2
m 2 U mo2
m1U mo1
m2U mo 2
Вывод:
Надо увеличивать
амплитуду
несущего
колебания!!!

40. СИНХРОННЫЙ АМ ДЕТЕКТОР

С выхода УПЧ
Д
Umc
ФНЧ
К УНЧ
Umг
Цепь
синхронизации
и выделения
несущей
Усилительформирователь
или гетеродин
С выхода УПЧ
Цепь
синхронизации
и выделения
несущей
Усилительформирователь
или гетеродин
ФНЧ
К УНЧ

41. ФОРМИРОВАНИЕ ОПОРНОГО КОЛЕБАНИЯ

1. Узкополосный фильтр
С выхода УПЧ
Umc
Umг
2. Усилитель ограничитель
С выхода УПЧ
Umc
Порог
ограничения
Umг
Усилительограничитель

42. ФОРМИРОВАНИЕ ОПОРНОГО КОЛЕБАНИЯ

3. Петля ФАПЧ
С выхода УПЧ
ГУН
ФНЧ
К УНЧ

43. ОСОБЕННОСТИ СИНХРОННОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ

2
U 2m2
U m2
U m2
U m2
U mΣ =U m 1 1+ 2 +2
cos( б t) U m 1[1+
cos( б t)+ 2 sin 2 (Ω б t)]
U m1
U m1
U m1
2U m1
Um2=Umс
Um1=Umг
б г с 0
U с U mс [1 m cos t ]cos( сt о )
U г U mг cos( г t )
2
U mñ (1+mcos t)
U mñ
(1+mcos t)2
2
U m =U mã [1+
cos( î )+
sin
( î )]
2
U mã
2U mã

44. ФАЗОВАЯ СЕЛЕКТИВНОСТЬ СИНХРОННОГО ДЕТЕКТОРА

1. о 0
U mc [1+mcos( t)]
U m =U mã [1+
cos( î )]
U mã
U max =mUmc K ä cos( î )=mUmc K ä
2. о ( )
2
0
2
2
U
[1+mcos(
t)]
U m =U mã +U mc [1+mcos( t)]cos(90Î )+ mc
sin 2 (90Î )
2U mã
2
U
U
U min =mU mc [cos(90О )+ mc sin 2 (90О )]=m mc
U mг
U mг

45. УСЛОВИЕ ОТСУТСТВИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА

U mco
2
cos( )
sin ( ) 0
2
U mг
2
sin ( ) 1
2
2
U mc
U mc
U mc
cos( )
sin
0
2
U mг
U mг
U mг
U mc
U mг
U mг U mc
0

46. СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР НА ОСНОВЕ ПЕРЕМНОЖИТЕЛЯ СИГНАЛОВ

U c U mc [1 m cos( t )]cos( ct c )
U г U mг cos( ct г )
U вых U mcU mг [1 m cos( t )]cos( ct c ) cos( ct г )
1
U mcU mг [1 m cos( t )][cos(2 ct c г ) cos( c г )]
2
1
U вых U mcU mг [1 m cos( t )]cos( c г )
2

47. ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ДЕТЕКТОРА

Uш(t)
U
(t )
Uш1
Uш2
Umc
2
ш
U
2
ш1
U
2
ш2
U ш1 U ш 2
U ш 2 ВЫХ 0
U ш ВЫХ U ш1ВЫХ
С
С
2
Ш ВЫХ Ш ВХ

48. ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

23
ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ
U (t ) U m cos[ c t (t )] U m cos[ ct mфм cos( t )]
mфм kU m
d
dt
индекс ФМ (максимальное отклонение фазы)
d
[ c t mфм cos( t )] c mфм sin( t )
dt
U (t ) U m cos[ c фм sin( t )]t
фм mфм
девиация частоты при ФМ

49. ФАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

f1
G1
fo=f1
U1
ПЭ
1
0
U2
Uo
Go
Uвых
U1 U m1 cos( 1t 1 )
U 0 U m0 cos( 0t 0 )
U 2 =U m1U m0cos( 1t+ 1 )cos( 0 t+ 0 )=
1 0
U m1U m0
=
{cos[( 1 + 0 )t+ 1 + 0 ]+cos[( 1 - 0 )t+ 1 - 0 ]}
2
U m1U m 0
U m1U m 0
U вых
cos( 1 0 )
cos
2
2

50. ДЕТЕКТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФД

Uвых
Линейный участок
/2
0

51. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ФАЗОВОГО ДЕТЕКТОРА

1. Различение по частоте:
1 0
U m1U m 0
U вых
cos[( 1 0 )t 1 0 ]
2
U m1U m 0
U m1U m 0
cos( t )
cos[ ( )]
2
2
2. Различение по фазе:
1 0
U m1U m 0
U m1U m 0
U вых
cos( 1 0 )
cos
2
2

52. ФД НА ОСНОВЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО КАСКАДА

(Преобразователь частоты с fпч=0)
+Е
R3
С1
Т1
U1
R4
С2
Uвых
VT2
VT1
R5
R6
CБЛ
R1
R2
U0
Т2
СБЛ
VT3
RЭ
СБЛ

53. ФД НА ОСНОВЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО КАСКАДА

+Eпит
Rн
Uвых
Сн
U1
U0

54. КЛЮЧЕВОЙ ФД

Uо
t
T
U1
t
Iн
tи
Im
Iвых
t

55. ДЕТЕКТОРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КЛЮЧЕВОГО ФД

2 f1
1
1
U вых I вых Rн I m Rн dt
U m dt
U m dt
T0
2 0
2 0
tи
tи
tи
1tи
U m 1tи U m
1
U m d ( ct )
2 0
2
2
Uвых
0
/2
3 / 2
2

56. ДИОДНЫЕ ФАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФМ - АМ

(Однотактный ФД)
S
U m1 U m 0
U1
VD
L1
С1
Сн
Анимация
Uвых
S
Rн
Uвых
U0
Uвых
Uâû õ =UΣ K д =K д U2m 1 +Um2 0 +2Um 1Um 0 cos 0
U m1
U вых K дU m 0 (1
cos )
U m0
/2
dU вых
Sd
K дU m 0U m1 sin
d

57.

S
Uвых
S
Uвых
0
/2
Анимация

58. ДИОДНЫЕ ФАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ФМ - АМ

(Балансный ФД)
U1
L1
VD1
С1
VD2
Сн1
Сн2
Rн1
Uвых
Rн2
U m0 U m1
U0
2
Uд1 = Um1
+U2m0 +2Um1Um0cos (Um0 +Um1cos )2 =Um0 +Um1cos
2
Uд2 = Um1
+U2m0 -2Um1Um0cos (Um0 -Um1cos )2 =Um0 -Um1cos
U вых =K д (U д1 -U д2 )=2K д U m1cos

59. Анимация

Uвых
/2
0

60. ЛИНЕЙНОСТЬ ДЕТЕКТОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

U m 0 U m1
Uвых
[cos( / 2) sin( / 2)]
cos
/2
0
U д1 2U m2 0 2U m2 0 cos
Линейный участок
U д 2 2U m2 0 2U m2 0 cos
cos (cos 2
sin 2 )
2
2
sin 2 ) 2U m0 cos
2
2
2
U д 2 2U m2 0 (1 cos2 sin 2 ) 2U m0 sin
2
2
2
U д1 2U m2 0 (1 cos 2
U вых 2 K дU m 0 (cos
sin )
2
2

61. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ В ФД

L1
Ток диода:
U1
2
I I o SU S U ...
VD1
Iд1
С1
VD2 Iд2
Сн1
Сн2
Rн1
Uвых
Rн2
U0
I д1 I o S (U m 0 U m1 cos ) S (U m 0 U m1 cos ) 2
2
2
I o S (U m 0 U m1 cos ) S (U m 0 U m1 2U m 0U m1 cos )
I д 2 I o S (U m 0 U m1 cos ) S (U m 0 U m1 cos ) 2
I o S (U m 0 U m1 cos ) S (U m2 0 U m21 2U m 0U m1 cos )
I н1 I д1 I д 2 2SU m1 cos 4S U m0U m1 cos
Искажения

62. КОЛЬЦЕВОЙ ФД

Т1
U1
VD1
Сн1
VD2
VD3
Сн2
VD4
Rн1
Uвых
Rн2
Т2
U0
Т1
U1
Сн1
VD1-VD4
Т2
U0
Сн2
Rн1
Uвых
Rн2

63. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ В КОЛЬЦЕВОМ ФД

Iд3
Iд1
L1
U1
VD1
С1
Сн1
Сн2
VD2
Rн1
Uвых
VD3
L1
U1
С1
Rн2
Сн2
VD4
Iд2
U0
Сн1
Rн1
Uвых
Rн2
Iд4
U0
I д3 =Io +S(-U m0 -U m1cos )+S (U m0 +U m1cos ) 2 =
2
2
=I o +S(-U m0 -U m1cos )+S (U m0
+U m1
+2U m0 U m1cos )
2
I д4 =Io +S(-U m0 +U m1cos )+S (U m0 -U m1cos ) =
2
2
=I o +S(-U m0 +U m1cos )+S (U m0
+U m1
-2U m0 U m1cos )
Iн2 =Iд3 Iд4 = 2SUm1cos +4S Um0 Um1cos
I вых I н1 I н 2 4SU m1 cos
Искажения
2-го ФД

64. ЧАСТОТНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

U(t) Um cos[ c (t)]t Um cos[ c m cos( t)]t
m kUm
девиация частоты при ЧМ
m
[ c m cos( t)]dt c t
sin( t) c t m чм sin( t)
m
m чм
индекс ЧМ (максимальное отклонение фазы)
U(t) U m cos[ c t mчм sin( t)]

65. ЧАСТОТНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

1. ЧД с промежуточным преобразованием ЧМ-АМ
Uвх
Устройство
преобразования
ЧМ-АМ
АД
Uвых
U
t

66. ЧАСТОТНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

24
ЧАСТОТНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Детекторная характеристика
Uд
Y21ЧД
dU Д
df
fmin
f0
ПЧД
fmax
f

67. ОДНОТАКТНЫЙ ЧД С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧМ-АМ

СР
С выхода ТПЧ
VD
VT
Ср
Rб1
Lдр L
Rб2
Rэ
UвхЧМ-АМ(t)
fo
f0
fчм ( t )
t
Сн
+Е
Uk
fm
С
Rн
Сбл
Сбл
fc
К ТНЧ
f
0
t

68. ДВУХТАКТНЫЙ ЧД С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧМ-АМ

(Частотный дискриминатор)
+Е
Сбл
С выхода
УПЧ
VD1
К УНЧ
Lсв1
L1
С1
С
Rн1
Lсв2
L2
С2
С
Rн2
VT
VD2
U1
U2

69. ДИСКРИМИНАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

f 0
Uвых
f 0
F0.707
U1
f1
f0
f2
F0.707
f
U2
U вых K д (U к1 U к 2 ) K дU max [
o 2 f o / F0.707
1
1
1 ( o ) 2
1 ( o ) 2
o.опт 1/ 2
fo 2 F0.707 / 4 0,375 F0.707
]

70. ЧД С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧМ-ФМ

Uвх
Устройство
преобразова
ния ЧМ-ФМ
ФД
Uвых
U
t
Uвх
Устройство
преобразова
ния ЧМ-ФМ
Устройство
преобразова
ния ФМ-АМ
Uвых
АД
U
t

71. ОДНОТАКТНЫЙ ЧД С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧМ-ФМ

2
fч м ( t )
fm
f
t
f0
+Е
К УНЧ
VD
Сбл
f=fo
2
f f0 F0,707 /4
f f0 F0,707 /2
Lсв2
Ск
С выхода
УПЧ
Lк
VT
L1
С1
С
R
U
U

72. ДВУХТАКТНЫЙ ЧД С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧМ-ФМ

(Фазовый дискриминатор)
Ссв
С выхода
УПЧ
VT
С1
U1
VD1
U2
IL1
L1
К УНЧ
U1+U2
С2
L2
L3
Rн1
Cн1
Uк
Rн2
U3
U1+U3
Сбл
VD2
+Е
Cн2

73. ФОРМИРОВАНИЕ ДИСКРИМИНАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

fc=fo
fc>fo
fc<fo
U1
U1
U1
Uд2
Uд2
Uд1
U2
U3
2
Uк
Uд1
IL1
Uд1
Uк
U3
Uд2
IL1
U2
I2
I2
2
U3
Uк
Uд
fmin
f0
пчд
fmax
f
U2 IL1
2
I2

74. ДРОБНЫЙ ДЕТЕКТОР

Ссв
С выхода
УПЧ
VT
VD1
C2
С1
Cн1
Др
L1
L2
Rн1
Rн3
L
Rн2
Cн2
Сбл
VD2
Rф
+Е
Cн3
Uсн1+Uсн2 = Uсн3 =const
К УНЧ
Cф

75. КВАДРАТУРНЫЙ ЧД

Ссв
U2
Входной ЧМ
сигнал
Lк
Ключевой
ФД
Ск
Выход
U1
Qэ
U вых U1 U 2
2 f m cos( t )
2 f (t )
Qэ
fo
fo
U1 U m1 cos([ 1 (t )]t )
Ссв
U2
QэU m1 cos([ 1 (t )]t arctg )
Ск
2
Ссв
Ссв 2 2 f m cos( t )
2
U вых
QэU m1 cos( )
QэU m1
2Ск
2
Ск
fo

76. ЧД С ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ЧМ-ИМ

UЧМ
Двухсторонний
ограничитель
U1
U2
Дифференциатор
Односторонний
ограничитель и
формирователь
коротких
импульсов
Uвых
U3
Интегратор
Uчм
t
t
U mtи
1и
U вых U m dt
T0
T
t
U1
T
U2
t
tи
U3
Uвых
t
t
U вых U mtи f

77. ЧД НА ОСНОВЕ ПЕТЛИ ФАПЧ

Частотный детектор
U
c
ЧМ сигнал
ФД
ω
ГУН
ФНЧ
г
U
у
U
вых
U с U mc cos[ c (t )]t U mc cos[ c kU
m
cos( t )]t
г c у (t ) c 2 f у (t ) c 2 S уU у
kU
m cos( t ) m cos( t )
U вых U у
2 S
2 S
у
у

78. ДЕТЕКТОР СИГНАЛОВ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Фазовый детектор
ФМ сигнал
cos[ c фм ( t )]t
ЧД
фм ( t )
Интегратор
фм ( t ) dt
U с (t ) U m cos[ c фм (t )]t U m cos[ c фм sin( t )]t
U ( ) K дU m фм sin( t ) K дU m mфм sin( t )
U вых K дU m mфм sin( t )dt K дU m mфм cos( t ) K дU m kU m cos( t )

79. ДЕТЕКТОР СИГНАЛОВ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Частотный детектор
ЧМ сигнал
cos[ c t ( t )]
чм
ФД
чм
( t )]
d
[ ( t )]
чм
dt
Дифференциатор
U (t ) U m cos[ ct чм (t )] U m cos[ ct mчм sin( t )]
U ( ) KдU m mчм sin( t )
d
U вых K дU m [mчм sin( t )] K дU m mчм cos( t ) K дU m kU m cos( t )
dt