Параметрические (синхронные) АД

 

В синхронных детекторах под действием гетеродина периодически во времени меняется параметр цепи (наиболее часто крутизна преобразовательного элемента). Так как к таким устройствам относятся преобразователи частоты, то структурная схема параметрического АД совпадает со структурной схемой ПЧ.

Основное отличие параметрического АД от преобразователя состоит в том, что частоту гетеродина выбирают равной частоте несущего колебания на входе детектора, т.е. гетеродин должен быть синхронным с сигналом: (в ПЧ всегда выполняется неравенство ). Так как , то такой АД называют синхронным.

Принцип работы синхронного АД аналогичен принципу работы ПЧ. Ток на выходе преобразовательного элемента при с учетом начальной фазы колебания гетеродина

Из этого выражения следует, что ток содержит составляющие различных частот: , … и составляющие нулевой частоты.

Таким образом, в выходном токе возникают новые частотные составляющие; составляющая с нулевой частотой является полезной, создающей напряжение на выходе фильтра. Полезная составляющая тока

. (9.1)

Для выделения используют фильтр, состоящий из параллельной цепи - цепи (рис.78).

 

Рисунок 78 – Структурная схема синхронного АД

 

Составляющая тока создает на напряжение

. (9.2)

Из (9.2) следует, что АД создает напряжение в соответствии с законом изменения амплитуды входного сигнала. Кроме того, напряжение зависит от разности фаз , т.е. синхронный АД реагирует одновременно на два параметра входного сигнала: и . Для работы такого АД необходимо, чтобы фаза сигнала равнялась фазе гетеродина: ; при этом ; напряжение максимально. Если , то ; .

Следовательно, необходима не только синхронность () но и синфазность () напряжения гетеродина с напряжением сигнала.

Для реализации синхронности и синфазности гетеродина создается специальная цепь синхронизации, включающая в себя фильтр для выделения несущего колебания , которое подводится к фазовому детектору системы автоматической подстройки частоты гетеродина.

 

Диодные АД

 

Диодный АД, построенный по схеме рис.79, называют последовательным, поскольку нагрузка и диод включены последовательно.

 

Рисунок 79 – Диодный последовательный АД

 

Диодный АД, в котором диод и нагрузка включены параллельно, называют параллельным. Принцип работы диодного АД можно пояснить с временной или со спектральной точки зрения.

Временная трактовка принципа работы АД. Пусть на вход АД поступает гармоническое напряжение с медленно меняющейся амплитудой (рис.80).

Рисунок 80 – Временная трактовка принципа работы диодного АД

 

Если напряжение положительно (полярность соответствует показанной на рис.79), то диод открывается и конденсатор начинает заряжаться. Постоянная времени заряда конденсатора определяется емкостью и малым сопротивлением открытого диода. По мере заряда выходное напряжение растет и стремится закрыть диод.

Действительно, согласно рис.4, напряжение на диоде и в момент времени , при этом . Начиная с момента времени диод закрывается () и конденсатор начинает разряжаться через резистор . Постоянная времени разряда конденсатора , поэтому разряд происходит значительно медленнее, чем его заряд. Разряд конденсатора продолжается до момента времени , при котором напряжение становится равным нулю. Начиная с момента времени диод снова открывается и конденсатор начинает заряжаться. В результате серии зарядов и разрядов на выходе АД создается продетектированное напряжение , имеющее пульсирующую составляющую с частотой сигнала. Учитывая, что время в практических схемах АД во много раз больше периода несущей , уровень пульсации мал.

Спектральная трактовка принципа работы АД. На рис.81 показан примерный характер изменения тока диода при постоянной амплитуде детектируемого сигнала. При построении рис.81 предполагается, что в установившемся режиме напряжение на выходе детектора практически постоянно во времени.

Рисунок 81 – Спектральная трактовка принципа работы АД

 

Напряжение на диоде , т.е. напряжение на выходе АД обуславливает отрицательное напряжение смещения на диоде, относительно которого прикладывается . ВАХ диода для простоты рассмотрения представлена линейной с нулевым обратным током. Ток через диод протекает при открытом диоде и представляет собой синусоидальные импульсы с углом отсечки . В этом токе имеется постоянная составляющая , которая протекает по следующей цепи: диод, резистор нагрузки , катушка , диод . Ток создает на резисторе падение напряжения . Составляющие тока диода с частотами , … протекают через диод , конденсатор нагрузки , - контур, диод . Если представляет собой АМ–колебание, то напряжение изменяется в соответствии с законом изменения огибающей входного напряжения; при этом по такому же закону изменяется напряжение смещения на диоде.