Раздел № 2. Тема № 4. Лекция № 26. Принципы построения авиационных демодуляторов. Амплитудный детектор

1.

Модуль военно-технической
(военно-специальной) подготовки
Раздел №2. «Основы радиоэлектроники.
Радиосвязное оборудование воздушных судов»
Тема № 4. Радиосвязное оборудование воздушных судов
Лекция № 26. Принципы
построения авиационных демодуляторов.
Амплитудный детектор. Синхронный детектор. Частотный детектор. Фазовый
детектор
лектор - кандидат физико-математических наук,
подполковник запаса
Межетов Муслим Амирович

2.

Принципы построения авиационных демодуляторов.
Амплитудные детекторы

3.

Детекторы
предназначены
для
преобразования
высокочастотного модулированного колебания в напряжение,
меняющееся по закону модуляции. Необходимым условием
детектирования является наличие в схеме детектора нелинейного
элемента или элемента с изменяемыми параметрами. В современных
авиационных радиоприемниках для детектирования непрерывных
амплитудно-модулированных сигналов используют диодные и
транзисторные детекторы как на дискретных элементах, так и в
интегральном
исполнении
на
полупроводниковых
линейных
интегральных схемах.
В диодном детекторе используются полупроводниковые
диоды, которые почти вытеснили диоды вакуумные (последние еще
применяются в бортовой аппаратуре ранних выпусков). Для
детектирования слабых сигналов в диапазоне СВЧ применяют
туннельные, обращенные диоды и диоды Шоттки.
Диодный
полупроводниковый
детектор
может
иметь
как
последовательную, так и параллельную схему включения.

4.

Последовательная схема амплитудного детектора
В последовательной схеме диодного детектора
источник входного напряжения Uвх, диод VD и нагрузка Rн
включены последовательно, а в параллельной схеме параллельно.
Предпочтительны
последовательные
детекторы, имеющие относительно большее входное
сопротивление.
Амплитудный детектор с
последовательным
включением диода
Структурная схема АД с
нелинейным элементом

5.

На рисунке представлены временные диаграммы,
которые характеризуют процесс преобразования входного
амплитудно-модулированного сигнала в низкочастотный.
Напряжения в амплитудном
диодном детекторе

6.

Принцип работы рассматриваемой схемы АД
основан на использовании однополярной проводимости
диода VD. Во время действия положительной полуволны
высокочастотного напряжения диод VD открыт, конденсатор
Сн быстро заряжается. При действии отрицательной
полуволны диод VD закрыт. Конденсатор Сн разряжается
через резистор Rн. На резисторе образуется падение
напряжения, которое является выходным напряжением
детектора. Амплитудные детекторы являются одной из
составных частей схем фазовых и частотных детекторов, а
так же широко применяются в системах автоматического
регулирования в приёмниках

7.

Фазовые детекторы
uс(t)=Uсcos[ ot+ (t)+ o]
Полезная информация
передается в законе
модуляции (t). Задачу
определения закона
модуляции, закона, по
которому изменяется
функция (t), решает
фазовый детектор (ФД).

8.

Фазовый детектор предназначен для преобразования
ВЧ
фазомодулированного
сигнала
в
низкочастотное
напряжение, изменяющееся в соответствии с законом
фазовой модуляции (t).
ФД также может решать задачу определения
разности фаз двух колебаний. В этом случае он носит
название фазового дискриминатор.
Фазовый детектор применяется в основном тракте
обработки
сигнала
в
радиоприемнике,
а
фазовый
дискриминатор – в системах радиоавтоматики.
В основе принципа работы ФД векторномерного типа
лежит
измерение
модуля
(амплитуды)
вектора
высокочастотного напряжения, образующегося в результате
векторного суммирования векторов детектируемого ФМ
сигнала и опорного напряжения. Алгоритм работы простого
векторномерного ФД иллюстрируется при помощи векторной
диаграммы и структурной схемы

9.

Принцип действия фазового детектора

10.

Как
известно,
векторное
суммирование
осуществляется по правилу параллелограмма. Вектор U ,
равный
векторной сумме векторов Uс и Uоп, является
диагональю параллелограмма, образованного указанными
векторами
и
их
параллельным
переносом.
При
одновременной подаче напряжений Uс и Uоп на векторный
сумматор ВС на его выходе образуется ВЧ напряжение U ,
амплитуда которого является функцией разности фаз (t)
(закона
фазовой
модуляции).
После
амплитудного
детектирования в АД на выходе образуется низкочастотное
напряжение U . Это напряжение при постоянных амплитудах
напряжений Uс и Uоп зависит только от фазовой модуляции
(t).

11.

Общий вид детекторной характеристики (а), и
используемый ее монотонный участок (б)

12.

Частотные детекторы
Частотный детектор (ЧД)
предназначен для
преобразования
высокочастотного
напряжения,
модулированного по
частоте, в низкочастотное
напряжение,
изменяющееся по закону
модуляции. Наиболее
простой способ частотной
модуляции – по
линейному (1) или по
гармоническому (2)
закону.

13.

Детекторная характеристика ЧД
Детекторной
характеристикой ЧД
называется показанная
графически или заданная в виде
математической формулы
зависимость выходного
напряжения U ЧД от частоты
входного сигнала f. Отклонения
графика детекторной
характеристики от линейной
однозначно связаны с
нелинейными искажениями. Их
можно качественно оценить по
виду детекторной характеристики
Чем более линейна детекторная
характеристика, чем ближе она к
идеальной, тем меньше
нелинейные искажения.

14.

Частотное детектирование с амплитудным преобразованием
При частотном детектировании с амплитудным
преобразованием реализуется алгоритм, показанный на
рисунке, а именно:
а) частотно-модулированный ВЧ сигнал преобразуется в ВЧ
сигнал, модулированный по амплитуде тем же законом
модуляции, что и частота исходного сигнала;
б)
амплитудно-модулированный
сигнал
подвергается
амплитудному
детектированию,
в
результате
чего
образуется НЧ сигнал, изменяющийся по закону модуляции
частоты исходного сигнала.

15.

Частотное детектирование с фазовым преобразованием
При
частотном
детектировании
с
фазовым
преобразованием реализуется алгоритм, показанный на
рисунке, а именно:
а) частотно-модулированный ВЧ сигнал преобразуется в ВЧ
сигнал, модулированный по фазе тем же законом модуляции,
что и частота исходного сигнала;
б) модулированный по фазе сигнал подвергается фазовому
детектированию, в результате чего образуется НЧ сигнал,
изменяющийся по закону модуляции частоты исходного
сигнала.

16.

Структурная схема частотного детектора с фазосдвигающей
цепью
Рассмотрим случай, когда ВЧ сигнал, модулированный по
частоте, пропускается через цепь с линейной фазочастотной
характеристикой. Пусть через такую цепь, которую назовем
фазосдвигающей
цепью
(ФСЦ),
проходит
частотно
модулированный сигнал. Тогда на выходе предполагаемой
цепи формируется напряжение с изменяющейся фазой,
которая точно повторяет закон модуляции частоты входного
сигнала.

17.

Таким образом, получен сигнал с двойной (фазовой
и частотной) модуляцией, законы изменения которых
одинаковы. К этому сигналу можно применить фазовое
детектирование. В качестве опорного следует взять исходное
частотно-модулированное напряжение сдвинутое на /2. В
результате получаем низкочастотное напряжение U ,
повторяющее изменения фазы, а, следовательно и частоты.
ЧД с импульсным преобразованием

18.

Способ частотного детектирования, при котором
сигнал с ЧМ преобразуется в последовательность одинаковых
(нормированных)
по
амплитуде
и
длительности
видеоимпульсов, алгоритмически самый простой. Реализовать
этот способ можно подсчетом количества полученных
импульсов за единицу времени (интегрированием), количество
импульсов
пропорционально
частоте
их
следования, т.е. пропорционально частоте исходного ВЧ
сигнала

19.

Гетеродинный детектор
Пусть на входе АД воздействует телеграфный сигнал.
При простом амплитудном детектировании во врмя действия
телеграфных посылок на выходе АД образуется напряжение,
по форме повторяющее огибающие телеграфных посылок.
Это напряжение в промежутки времени возрастания и спада
в телефонах может создавать только звуковые щелчки.
Естественно, что прием таких сигналов на слух невозможен.

20.

Подключим ко входу АД дополнительно еще один
источник колебаний – гетеродин. Теперь на входе АД в
промежутки времени действия телеграфных сигналов
воздействует два колебания – принимаемого телеграфного
сигнала на частоте с, и гетеродина на частоте г. На
выходе АД наряду с постоянными составляющими,
образуется переменная составляющая с частотой биений
Uв3= kдUпcos[( c – – г)t + сп].
Подбором частоты гетеродина
всегда можно добиться, чтобы
разность ( c - г) находилась в
области
звуковых
частот.
Достоинство
гетеродинного
детектирования в том, что
позволяет повысить чувствительность РПУ.

21.

Синхронный детектор
Синхронным называется такой детектор, у которого величина
нелинейной проводимости Yi (или крутизна детектора S)
изменяется синхронно с несущей частотой принимаемого
сигнала. Это изменение происходит с помощью специального
опорного гетеродина, напряжение которого подводится к
детектору.
Другое название синхронного детектора — когерентный
детектор.

22.

Синхронный детектор весьма чувствителен к фазе
детектируемого сигнала. Он не реагирует на сигналы,
фаза которых сдвинута на 90° по отношению к фазе
опорного сигнала. Это свойство синхронного детектора
называют его фазовой избирательностью.

23.

Структурная схема синхронного детектора
Существенным недостатком синхронного детектора,
ограничивающим области его применения, является
необходимость
синхронизации
опорного
напряжения
принимаемым сигналом с точностью до фазы.

24.

ВЫВОДЫ
24
Таким образом, на сегодняшнем занятии рассмотрены вопросы:
Принципы построения авиационных демодуляторов. Амплитудный
детектор. Синхронный детектор. Частотный детектор. Фазовый
детектор

25.

Задание на самостоятельную работу
Прочитав конспект лекций ответить на следующие вопросы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Что называется детектором сигнала?
Изобразить структурную схему амплитудного детектора (АД)?
Изобразить принципиальную схему последовательного
амплитудного детектора?
Пояснить принцип работы АД?
Назначение фазового детектора (ФД)?
Пояснить принцип работы ФД?
Изобразить детекторную характеристику ФД?
Назначение ЧД?
Изобразить детекторную характеристику ЧД?
Пояснить принцип работы ЧД с амплитудным
преобразованием?
Пояснить принцип работы ЧД с фазовым преобразованием?
Пояснить принцип работы ЧД с импульсным преобразованием?
Пояснить принцип работы гетеродинного детектора?
Пояснить принцип работы синхронного детектора?