Входное напряжение ФД определяется разностью фаз между входным и опорным колебаниями.

Так же как и в случае преобразования частоты математической основой ФД является перемножение сигналов входного и опорного. Поэтому схемотехника ФД похожа на схемотехнику смесителей, отличия заключается лишь в фильтре который выделяет выходное напряжение. На выходе ФД устанавливают ФНЧ, в то время как в смесителе ПФ. Различают 2 основных способа построения ФД векторно-мерного типа и коммутационного типа.

Выход ФД определяется разностью вых. напряжений 2-х АД (ампл. детектор) на диодах VD1 и VD2 по выходу они (АД) включены встречно. На вход каждого АД поступает сумма сигнального и опорного колебаний. Uвых=Кад(Uvd1-Uvd2)

Проанализируем работу ФД с помощью векторной диаграммы:

Найдем Uvd1 из геометрических построений

С целью упрощения анализа считаем Uc<

Для получения аналитического выражения воспользуемся разложением в ряд функции квадратного корня.

;

Пользуясь аналогичными рассуждениями и учитывая что угол φ2 является положительным записываем

Uвых=Кад(Uvd1-Uvd2)=Кад()=Кад

Uo>>Uc Uвых=КадUccos φ

Линейная зависимость выходного напряжения от сдвига фаз наблюдается в узком диапазоне сдвига фаз (область п/2). Нулевое значение напряжения соответствует сдвигу фаз п/2. При очень большом напряжении сигнала ставиться ключ.

В выражении для выходного напряжения отсутствует выражение для Uo => от опорного напряжения не зависит эффект детектирования если опорное напряжение велико с физической точки зрения при большом значении Uo диоды ведут себя как электронные ключи, поэтому независимо от уровня опорного напряжения ключ может находиться в открытом или закрытом состоянии => в схеме диоды заменяют на электронные ключи – осуществляется переход к схеме коммутационного ФД.

Опорный сигнал в виде последовательных импульсов управляет электронными ключами, сигнальные колебания поступают на сигнальные входы ключей в противофазе (так же как и в предыдущей схеме) вых. напряжение выделяется с помощью ФНЧ. Покажем что зависимость Uвых от сдвига фаз φ имеет такой же вид что и детекторная характеристика предыдущей схемы.

При φ=0 постоянная составляющая токов i1 и i2 принимает макс значение, поэтому макс значение принимает Uвых т.к. именно постоянная составляющая выделяется на выходе схемы.

При φ=п\2 i1 и i2=0 => Uвых=0

Результаты анализа соответствуют ФД предыдущей схемы.
Коммутационная схема проще реализуется в микросхемном но имеет меньшее быстродействие по сравнению с векторно-мерной.

38. Частотные детекторы (ЧД)

ЧД как и ФД(фазовый детектор) является детектором угловой модуляции для всех детекторов данного класса необходимо обеспечить постоянство уровня детектирования сигнала на входе детектора, поэтому как правило сигнал перед угловым детектированием пропускают через амплитудное детектирование, либо применяют спец схемы которые не чувствительны к изменению уровня входного сигнала.

ЧД строятся по одному из 3х принципов:

1. Вх сигнал предварительно преобразуется в АМ сигнал, а затем осуществляется его амплитудное детектирование. Закон АМ(амплитудной модуляции) соответствует ЧМ.

2. Вх сигнал преобразуется в фазово-модулированный после чего осуществляется фазовое детектирование.

3. Вх сигнал преобразуется в импульсный после чего осуществляется обработка импульсного сигнала.

ЧД с промежуточным преобразованием промежуточного сигнала в Амодулированный.

Детектор содержит линейный 4х полюсник. АЧХ которого должна быть линейной.

Т.к. контур расстроен относительно центральной частоты сигнала то Uвых контура меняется во времени по амплитуде.

Достоинства: низкая стоимость.

Недостатки: большие нелинейные искажения, с целью их уменьшения используют балансные схемы где вместо 1 контура применяется 2 АД

Колебательные контуры расстроены симметрично относительно центральной частоты спектра сигнала. Uвых схемы является разностью выходных напряжений АД VD1 и VD2

Меняя частоты настройки колебательных контуров и их добротности можно обеспечить более высокую степень линейности по сравнению с предыдущей схемой. Недостатком является сложная регулировка.

ЧД с промежуточным преобразованием сигнала в фазомодулированный

Здесь ЧД содержит линейны 4х полюсник ФЧХ которого линейна.

Линия задержки φ=ωτ обладает линейной ФЧХ.

Для получения высокой крутизны преобразования изменение частоты в изменение фазы, необходимо иметь большую величину задержки.

Т.к. реализация линии задержки с большой τ затруднительна то используют аппроксимирующие 4х полюсники.

Если мгновенная частота сигнала совпадает с частотой настройки контура то сдвиг фазы вносимой в контур равен нулю то в этом случае на ФД поступают 2 колебания со сдвигом фаз на 90 градусов. => выходное напряжение ФД равно нулю.

При изменении частоты вх сигнала по отношению к частоте настройки контура появляется дополнительный сдвиг фазы, что отражается в выходном напряжении ФД.

В полосе пропускания колебательный контур ведет себя как линия задержки.

Нелинейные искажения меньше т.к. ФЧХ имеет большую степень линейности чем АЧХ контура. (ну и тупняк)

ЧД с импульсным преобразованием сигнала

Есть несколько вариантов построения ЧД. Например по принципу электронно-счетного частотомера.

Рассмотрим простейший вариант реализации схемы:

Чем выше частота следования коротких импульсов (длительность и амплитуда постоянны) тем больше составляющая этой последовательности, которая выделяется ФНЧ.

Достоинства: малое нелинейное искажение.

Недостатки: малое быстродействие, малый частотный диапазон.

39 Воздействие помех на ЧД. Схемы порогопонижения.

Простейшая ситуация когда и помеха и сигнал не модулированы когда помеха меньше сигнала.

Т.к. воздействие помех на сигнал приводит к тому что суммарный вектор Uвх детектора отличается от вектора сигнала и по величине и по фазе (т.к. устанавливаются амплитудные ограничители изменения уровня вх. сигнала), можно при анализе не учитывать, рассмотрим изменение фазы вх. сигнала φ.

φ = , Uп<

Определим то изменение по частоте, которое вносится в сигнал на линии помехи.

Для выделения информации содержащейся в изменении фазы
применяются фазовые детекторы. В фазовых детекторах для компенсации фазы
используется специально генерируемое гармоническое опорное колебание с частотой равной центральной частоте сигнала и информационной составляющей
. Эта начальная фаза может быть различной в конкретных применениях. Вид детекторных характеристик фазовых детекторов зависит от многих параметров: амплитуд сигнального и опорного напряжений, характеристик используемых нелинейных или параметрических элементов, способов введения опорного напряжения и схемы фазового детектора.

По последним двум признакам фазовые детекторы делятся:

– на фазовые детекторы векторомерного типа;

– фазовые детекторы коммутационного типа;

– фазовые детекторы перемножительного типа.

В первом случае образуется векторная сумма опорного и сигнального напряжений. Результирующее напряжение, амплитуда которого зависит от фазового сдвига между опорным и сигнальным напряжениями, подвергается амплитудному детектированию, в результате чего выделяется (с некоторыми искажениями) информационная составляющая фазы сигнала, если опорное напряжение обладает достаточной фазовой стабильностью а, следовательно, и частотной стабильностью.

Положим, что начальная фаза опорного напряжения равна нулю, а фаза сигнала, отсчитываемая от фазы опорного напряжения, – .

Тогда можно записать

Пусть выполняется условие, при котором амплитудный детектор всегда остается линейным и безынерционным с коэффициентом передачи детектора равным К д. При фазовом детектировании всегда выполняется условие, что амплитуда опорного напряжения намного больше амплитуды сигнала (
).

С учетом всего вышесказанного можно получить:

.

Детекторная характеристика фазового детектора, соответствующая вышеприведенному выражению, представлена на рис. 8.13.

Рис. 8.13. Детекторная характеристика фазового детектора

Как видно из приведенной детекторной характеристики, последняя зависит от соотношения U с /U 0 . В окрестностях углов /2 и 3/2 на ней можно выделить относительно прямолинейные участки, пригодные для детектирования фазомодулированных сигналов. Детекторная характеристика фазового детектора периодична с периодом 2.

Простейший однотактный векторный фазовый детектор не отличается высокими качественными показателями – крутизной и линейностью детекторной характеристики. Поэтому применяются балансные фазовые детекторы, построенные по схеме и принципу аналогичному балансным преобразователям частоты (рис. 8.14).

Рис. 8.14. Принципиальная схема балансного фазового детектора

Диоды VD 1 и VD 2 амплитудных детекторов включены однополярно, а нагрузки – встречно. Выходное напряжение U вых образуется как разность напряжений, создаваемых каждым амплитудным детектором.

Напряжение сигнала приложено к диодам противофазно, а опорное – синфазно. Соответствующие векторные диаграммы представлены на рис. 8.15.

Рис. 8.15. Векторные диаграммы напряжений сигналов

Результирующая детекторная характеристика балансного фазового детектора имеет вид, представленный на рис. 8.16.

При =/2 (3/2) детекторные характеристики линейны и проходят через нуль, что весьма важно при применении фазового детектора в автоматических регуляторах частоты и фазы.

Следует отметить, что балансная схема фазового детектора весьма часто применяется в приемных устройствах.

Рис. 8.16. Результирующая детекторная характеристика балансного фазового детектора

к.т.н., доцент Петров Евгений Федорович

к.т.н. РОЗОВ Андрей Валентинович

(ООО "Технический центр ЖАиС")

I. Принцип работы фазового детектора.

Принципиальная схема фазового детектора приведена на рис.1. Как видно из рис.1, к двум встречно-включенным диодам VD1 и VD2 подводится напряжение сигнала U с =U mc cosω c t и напряжение опорного сигнала U o =U mo cosω o t. При этом частота опорного сигнала, во-первых, ровно в два раза меньше частоты входного сигнала, т.е. ω o =0,5ω c и, во-вторых, сфазирована с ним.

Нагрузкой фазового детектора служит фильтр нижних частот, волновое сопротивление которого равно R ф.

Амплитуда опорного напряжения значительно больше напряжения сигнала U mo >>U mc , и выбирается такой величины, чтобы перекрывался весь нелинейный участок вольт-амперной характеристики диода. Таким образом, диоды выполняют роль электронных ключей, которые открываются под действием сильного сигнала опорной частоты и в эти моменты через диоды проходят импульсы тока частоты сигнала. Длительность импульсов этого тока определяется углом отсечки опорного напряжения.

Принцип работы такого детектора поясняется графиками рис.2. На рис. 2а напряжение опорной частоты и частоты сигнала находятся в противофазе. Когда напряжение опорного сигнала превышает напряжение отсечки, соответствующий диод открывается и через него протекает импульс тока сигнальной частоты. Как видно из рис.2а длительность протекания тока определяется углом отсечки опорного напряжения, период импульсов равен периоду напряжения сигнала. Функция. описывающая форму импульсов тока, является нечетной функцией, поэтому постоянная составляющая тока равна нулю, т.е. на выходе фильтра нижних частот напряжение равно нулю.

На рис.2б и 2в показаны варианты, когда сигналы сфазированы, причем рис.2б иллюстрирует вариант, при котором разность фаз ΔΦ=π/2, а рис.2в - когда ΔΦ=-π/2. Из данных рисунков видно, что в этих случаях импульсы тока описываются четными функциями и на выходе фильтра нижних частот будут максимальными по напряжению и противоположными по знаку. Таким образом выходное напряжение фазового детектора пропорционально синусу разности напряжений фазоопорной и сигнальной частоты U вых =sinΔΦ.

II. Характеристики диодов.

Вольт-амперная характеристика реального полупроводникового диода приведена на рис.3, а на рис. 4 показаны его эквивалентные схемы в прямом и обратном включении.

Элементами эквивалентных схем являются:

r д - дифференциальное сопротивление p-n перехода;

C диф - дифференциальная емкость p-n перехода;

C б - барьерная емкость перехода;

C к - емкость корпуса;

r б - сопротивление базы;

R ут - сопротивление утечки.

На частотах ω<<1/τ p (τ p - время жизни неосновных носителей в области базы) и при большом прямом смещении параметры диода определяются исходя из следующих выражений:

(1)

де k - постоянная Больцмана, T - температура по Кельвину, q - заряд электрона, m - коэффициент равный 1 для германиевых приборов и 0,38...0,9 - для кремниевых, I д - ток диода.

Полное комплексное сопротивление диода в открытом состоянии равно

(2)

На частотах

,тогда

а на более низких частотах

Дифференциальное сопротивление диода зависит от приложенного напряжения и уменьшается с его ростом\. поэтому при малых величинах тока диода сопротивление его на частоте ω д в основном определяется r д. При больших токах диода величина r д уменьшается и возрастает влияние r б, т.е. r д →r б при Uвх→∞.

Ток диода с учетом сопротивления базы описывается следующим уравнением:

откуда крутизна детекторной характеристики:

где

(3)

Из (3) видно, что максимальное значение крутизны диодной характеристики ограничивается величиной r б.

Зависимость крутизны от напряжения опорного сигнала приведена на рис.6.

U1 - максимальное значение амплитуды опорного сигнала,

Uпор - пороговое значение амплитуды сигнала, соответствующее отсечке тока диода. Отсюда ясно, что для повышения коэффициента передачи фазового детектора необходимо выбирать диод с минимальным значением сопротивления базы.

II. Анализ работы фазового детектора.

1. При отсутствии напряжения сигнала.

Учитывая большой уровень опорного сигнала, представим диодную характеристику линейно-ломаной. Тогда характеристика двух встречно включенных диодов представлена на рис.7, где приведены также диаграммы токов и напряжений.

В первом приближении полагаем, что характеристики двух диодов идентичны, т.е. U пор1 =U пор2 =U пор (Ө 1 =Ө 2 =Ө).

Импульсы тока в каждом диоде являются четной функцией времени и имеют период T=1/ω, поэтому могут быть разложены в ряд Фурье

(4)

Коэффициенты ряда Фурье разложения тока, протекающего через первый диод, равны:

Импульсы тока второго диода сдвинуты на полпериода относительно импульсов тока первого диода, т.е. на π. Тогда, используя выражение (5), коэффициенты ряда Фурье

разложения тока второго диода:

Таким образом, при условии идентичности параметров диодов четные гармоники диодов противофазны и в суммарном токе отсутствуют. Нечетные гармоники находятся в фазе и амплитуды их суммируются. Так как частота опорного сигнала в два раза меньше частоты сигнала, то ток на частоте сигнала отсутствует. Таким образом, при отсутствии полезного сигнала входное сопротивление детектора определяется суммарной барьерной емкостью двух диодов. Сопротивление детектора на частоте опорного сигнала равно

(6)

Минимальное значение входного сопротивления детектора для источника опорного напряжения равно:

(7)

2. При наличии напряжения сигнала.

Как видно из диаграмм рис.2 при наличии напряжения сигнала Uс на входе детектора импульсы тока с сигнальной частотой находятся в фазе, и длительность этих импульсов равна 2Ө, т.е. определяется углом отсечки опорного напряжения, рис.8.

Так как функция, описывающая форму импульсов тока является четной функцией, то ток можно разложить в ряд Фурье по косинусным составляющим

Напряжение на выходе низкочастотного фильтра пропорционально постоянной составляющей тока детектора. Ток детектора состоит из усеченных частей косинусоиды, причем угол отсечки сигнального напряжения определяется из соотношения:

Откуда угол отсечки

Ток i (wt) является периодической функцией и в пределах угла 2Ө описывается уравнением:

Постоянная (низкочастотная) составляющая тока

Первая гармоника

Так как выходное напряжение фильтра

Коэффициент передачи детектора равен

(10)

Входное сопротивление детектора на сигнальной частоте

Крутизна диодной характеристики при заданном уровне опорного сигнала определяется путем линеаризации реальной характеристики крутизны диода линейно-ломанной аппроксимацией рис.9.

Из рис. 9 видно, что

(12)

тогда разлагая крутизну S(t) в ряд Фурье по косинусным составляющим и определив первую гармонику, находим

Максимальное значение крутизны равно

При дальнейшем увеличении амплитуды опорного напряжения крутизна диодной характеристики на частоте сигнала растет весьма слабо, а входное сопротивление фазового детектора падает сильнее. Это объясняется тем, что при увеличении U mo форма импульса S(t) вначале приобретает уплощенный характер, а затем трапецеидальный вид, т.е. появляется отсечка верхней части импульса S(t).

V. Выбор типа и параметров фильтра нижних частот.

Тип реализации ФНЧ может быть Чебышевский или Баттервортовский.

Первый тип обеспечивает лучшее подавление за полосой пропускания и имеет более крутой срез частотной характеристики, но при этом обладает большей неравномерностью в полосе пропускания.

Второй тип реализации ФНЧ предпочтительнее для обеспечения высокой равномерности АЧХ в полосе пропускания и малого разброса (<1%) частотных характеристик в многоканальных системах. Однако для обеспечения высокого подавления в полосе заграждения при подобной реализации необходимо увеличивать порядок фильтра. В данном случае порядок фильтра выбирается из требуемого подавления напряжения опорного сигнала, которое определяется заданным динамическим диапазоном фазового детектора.

Расчет требуемого подавления опорного сигнала.

Пусть Uс max - максимальное (линейное) напряжение сигнала на выходе ФНЧ фазового детектора, а K - коэффициент усиления последующих усилителей (например, до входа АЦП). Тогда напряжение сигнала на входе АЦП (максимальное)

Если D - заданный динамический диапазон, то его нижняя граница равна

Полагая, что нижняя граница динамического диапазона при заданном соотношении сигнал-шум определяется в равной степени уровнем собственного шума и просачивающимся напряжением опорного сигнала, то его допустимый уровень на входе АЦП равен

Если напряжение опорного сигнала на фазовом детекторе равно U mo , то требуемое его подавление

(14)

Например, если U с max =60 мВ, динамический диапазон D - 60 дБ, напряжение опорного сигнала U mo = 0,85 В и γ=1, то требуемое подавление (14) составляет 89 дБ.

Подобное подавление опорной частоты обеспечивает фильтр 8-го... 9-ого порядка.

Конфигурация звеньев ФНЧ может быть двух типов, рис.10.

Выбор типа конфигурации звена определяется способом подачи опорного напряжения на диоды фазового детектора. При подаче опорного напряжения по схеме рис. 11а, т. е. в той же точке схемы, где прикладывается напряжение сигнала, входным элементом ФНЧ должна быть емкость, чтобы все высокочастотное напряжение прикладывалось к диодам.

При подаче опорного напряжения по схеме рис. 11б первым элементом фильтра должна быть индуктивность (внутреннее сопротивление источника опорного напряжения на частоте сигнала должно быть близким к нулю).

В случае широкополосного сигнала, т.е. когда верхняя частота фильтра близка к частоте опорного сигнала, реализация ФНЧ с заданным подавлением опорного напряжения осуществляется с большими трудностями. Для ослабления требований к ФНЧ и обеспечения требуемого подавления опорного сигнала фазовый детектор в этом случае может быть выполнен по балансной схеме, рис.12.

Ввиду того, что при таком включении происходит подавление опорного сигнала, уменьшается число звеньев ФНЧ и возможно применение Баттервортовской реализации. Однако в этой схеме необходимо применение четырех диодов с достаточно идентичными параметрами, что на относительно невысоких частотах выполняется путем использования транзисторных матриц в полупроводниковом исполнении. На высоких частотах необходим подбор диодов. Кроме этого, в этой схеме требуется вдвое мощный источник опорного сигнала.

V. Экспериментальное исследование фазового детектора на встречно-включенных диодах.

Экспериментальные исследования проводились с фазовым детектором по схеме рис. 13.

Входной сигнал с частотой fc=20 МГц с параллельного контура L1C1 подается на нелинейный элемент фазового детектора, который представляет собой два встречно-включенных диода (использована транзисторная матрица 159НТ1Е, транзисторы которой работают в диодном включении). Напряжение опорного сигнала подается черех разделительный конденсатор С3. Элементы L2-L4, C4-C6, R1, R2 образуют баттервортовский ФНЧ 6-ого порядка с частотой среза f ср =1,2 МГц. Частота опорного сигнала равна 10 МГц.

Как было показано выше существует оптимальное значение амплитуды опорного напряжения, при котором коэффициент передачи детектора достигает максимального значения. Для данной схемы Uо опт=850 мВ при t=20град. Максимальный допустимый сигнал по входу равен 270 мВ. Коэффициент передачи фазового детектора Kд= 0,4

Фазовый детектор (ФД) – устройство, формирующее напряжение, которое изменяется в соответствии с законом изменения фазы входного напряжения.

Если напряжение на входе ФД: u вх =U вх ·cos[ωt+φ(t)], то напряжение на выходе ФД: E д =К ФД ·φ(t).

Т.к. в спектре напряжения на выходе ФД есть частотные составляющие, которых не было на входе, то для реализации ФД нельзя использовать линейную систему с постоянными параметрами или нелинейную безынерционную систему. Поэтому ФД можно выполнить на основе линейной системы с переменными параметрами (параметрической системы).

Структурная схема ФД:

Эта схема совпадает со схемой преобразователя частоты, отличается тем, что частота гетеродина (опорное напряжение) ω г =ω с =ω 0 . Под действием опорного напряжения u 0 меняется активный параметр схемы (обычно это крутизна S). Источник опорного напряжения должен быть синхронным с источником сигнала.

Исходя из того, что схема ФД также совпадает со схемой параметрического АД, продетектированное напряжение можно записать в следующем виде:

Е д =0,5S 1 U вх R н cosφ, (*)

где S 1 – амплитуда первой гармоники крутизны тока преобразовательного элемента,

В зависимости от вида нелинейной цепи различают однотактные, балансные и кольцевые ФД. В качестве нелинейного элемента используются диоды и транзисторы.

Однотактный диодный ФД.

К диоду прикладывается входной сигнал и опорное напряжение, напряжение на выходе ФД определяется выражением (*) при предположении, что U вх <

Принцип действия можно пояснить, рассматривая ФД как систему с амплитудным детектированием суммы двух гармонических колебаний (u вх +u 0). На входе такого АД действует суммарное напряжение u Σ = u вх +u 0 =U вх cos(ω 0 t+φ)+ U 0 cosω 0 t, эти два колебания имеют одинаковую частоту, но разные фазы. В результате векторного сложения двух напряжений получается напряжение той же частоты, но другой фазы и с амплитудой . На выходе АД с коэффициентом передачи К д будет напряжение Е д =К д U Σ . Из этих выражений можно сделать вывод, что напряжение Е д на выходе ФД зависит от фазы входного сигнала, а вид этой зависимости определяется отношение U вх /U 0 . В общем случае характеристика детектирования существенно отличается от косинусоиды (рис. а ).

Если U вх <

Если U вх ≈U 0 , то , тогда характеристика детектирования представляет собой циклоиду, сильно отличающуюся от косинусоиды (рис. б ).

Балансный ФД.

Такой вид ФД представляет собой два диодных однотактных ФД, каждый из которых работает на свою нагрузку:

На выходе каждого плеча ФД создается напряжение Е д1 и Е д2 встречной полярности, поэтому Е д = Е д1 -Е д2 . Входное напряжение подводится к диодам в противоположной полярности, поэтому фазы напряжений u вх ʹ и u вх ʺ отличаются на 180˚. Опорное напряжение прикладывается к диодам в одинаковой фазе, поэтому:

Тогда выходное напряжение . Характеристика детектирования плеч и всего ФД:

Характеристика детектирования балансного ФД по сравнению с однотактным более симметрична и проходит через ноль.

В кольцевом ФД используется два балансных ФД, при этом улучшается симметричность характеристики детектирования, а коэффициент передачи детектора возрастает.

ФД на логических дискретных элементах.

Устройство формирования УФ преобразует аналоговый гармонический сигнал в импульсное напряжение. Детектор имеет два входа: на первый подается ФМ колебание (рис. а ), на второй – опорное напряжение (рис. в ). Диаграммы напряжений u 1 и u 2 представлены на рис. б и г . Напряжения u 1 и u 2 подаются на цепь И, в качестве которой используются два логических элемента И-НЕ. Напряжение u на выходе цепи И создается только при одновременном действии напряжений u 1 и u 2 (рис. д ). Фильтр ФНЧ выделяет постоянную составляющую напряжения.

Разнообразные схемы фазового детектора по принципу действия можно разделить на две большие группы: нелинейные векторомерные и параметрические. Классификация фазовых детекторов приведена на рисунке К векторомерным относятся фазовым детекторам, в которых выходное напряжение Uвых.фд(t) образуется сравнением амплитуд векторных сумм и разности колебаний U 1 (t) и U 2 (t) с помощью нелинейных элементов и последующего детектирования результирующего сигнала.

Детекторы (дискриминаторы) этой группы используют на высоких частотах. Наиболее распространенными дискриминаторами этого типа являются балансные и кольцевые. Балансный фазовый детектор с квадратичными амплитудными детекторами эквивалентен перемножителю входных колебаний с последующей фильтрации высокочастотных составляющих.

К параметрическим относят детекторы, в которых преобразование разности фаз сигналов в выходное напряжение осуществляется при помощи линейных цепей с переменными параметрами. Параметры линейных цепей можно изменять плавно или скачкообразно. Параметрические фазовые детекторы часто называют коммутационными. В коммутационных фазовых детекторах одно из колебаний, называемое опорным, периодически изменяет параметры электрических цепей. В качестве коммутатора (ключа) применяют механические прерыватели; электронные и транзисторные схемы. Коммутационные фазовые детекторы используются обычно на сравнительно низких частотах (до сотен килогерц). В ряде случаев, в том числе когда требуется специальная характеристика фазового детектора, например в цифровых синтезаторах частоты, используются импульсно-фазовые дискриминаторы.

Как уже было сказано выше фазовым детектором называют устройство предназначенное для создания напряжения, пропорционального разности фаз между сигналом и опорным колебанием. Если на входе фазового детектора действует напряжение: u вх = U вх cos, то продетектированное напряжение

Е д = К фд .

Так как в спектре напряжения на выходе фазового детектора имеются частотные составляющие, которых не было в спектре u вх, то для реализации фазового детектора нельзя использовать линейную схему с постоянными параметрами. Фазовое детектирование нельзя также осуществить с помощью простой безынерционной нелинейной системы. Например, постоянная составляющая тока диодного детектора зависит от амплитуды входного напряжения и не зависит от эго фазы и частоты. Поэтому фазовый детектор можно выполнить на основе линейной системы с переменными параметрами.

Структурная схема фазового детектора показана на рисунке (3);

На этой схеме частота гетеродина (опорное напряжение)

Под действием опорного напряжения u 0 меняется активный параметр схемы, обычно это крутизна S.

Напряжение на выходе с коэффициентом передачи К д:

Согласно рисунка 5 напряжение Е Д на входе фазового детектора зависит от входного сигнала; вид зависимости Е Д от определяется отношением U вх /U 0 . В общем случае характеристика детектирования существенно отличается от косинусоиды.

Если U вх >U 0 то,

Таким образом, при малых амплитудах входного сигнала характеристика детектирования однотактного диодного фазового детектора имеет косинусоидальную форму. Если , то

в этом случае характеристика детектирования представляет собой циклоиду рисунок 5 сильно отличается от косинусоиды.