Расчет фазового детектора (стр. 1 из 3)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Расчет фазового детектора»

Содержание

Введение

1. Классификация фазовых детекторов

2. Анализ схем построения фазовых детекторов

2.1 Балансный фазовый детектор

2.2 Фазовый детектор на логических дискретных элементах

2.3 Однократный диодный фазовый детектор

2.4 Коммутационный фазовый детектор

3. Выбор и обоснование схемы фазового детектора

Заключение

Список литературы

Введение

Радиотелеграфная связь с использованием фазовой манипуляции (часто ее называют фазовой телеграфией) является перспективным видом телеграфной связи, так как ее помехоустойчивость значительно помехоустойчивости частотной телеграфии и тем более амплитудной телеграфии. Анализ помехоустойчивости систем связи с фазовой манипуляцией показывает, что переход от частотной манипуляции при наиболее распространенном некогерентном приеме сигналов ЧМ к фазовой эквивалентен увеличению мощности передатчика в 3-4 раза. Этот выигрыш обусловлен возможностью сужения в два раза полосы пропускания приемника по сравнению с ЧМ и появление фазовой селективности, дающей дополнительное ослабление составляющих помех, не совпадают по фазе с импульсами сигнала. Применение фазовой манипуляции позволяет передавать несколько двоичных сообщений на одной частоте без расширения полосы частот.

Передача элементов сигнала осуществляется в простейшем случае изменением на

фазы колебания одной и той же частоты . Общий принцип приема сигналов с фазовой манипуляцией состоит в сравнении на фазовом детекторе фазы принимаемых сигналов с фазой колебаний местного гетеродина. Частота и фаза этих колебаний должны точно совпадать с частотой и фазой одно из элементарных сигналов. При совпадении фаз колебаний гетеродина и элементарного сигнала на выходе фазового детектора получается импульс положительной полярности; при фазах, отличающихся на , выдается импульс отрицательной полярности.

Структурная схема приемника сигналов с фазовой модуляцией показана на рис.(1)

Общий радиотракт приемника (ОРТ) выполняет обычные функции селекции, усиление и преобразование частоты принимаемого сигнала. В отличие от приемников АМ и ЧМ сигналов к приемнику сигналов ФН предъявляет требования повышенной частотной точности и более высокой линейности фазовых характеристик.

Тракт усиления и формирования телеграфных импульсов также не отличается от обычных блоков, применяемых в приемниках радиотелеграфных сигналов. Основными специфическими элементами схемы являются фазовый детектор и синхронный гетеродин, которые и решают задачу преобразования радиосигналов с фазовой манипуляцией в импульсы постоянного тока, полярность которых меняется в зависимости от фазы элементарных сигналов.

Основная трудность при практической реализации метода фазовой телеграфии состоит в получении опорного напряжения, частота и фаза которого точно совпадает с частотой и фазой одного из элементарных сигналов. Решить задачу применением автономного местного гетеродина

невозможно, так как требуется практически нереализуемая стабильность его частоты. Кроме того, такой гетеродин не может следить за изменениями частоты и фазы сигнала в канале связи. Выделение из спектра ФМ колебания с несущей частотой

для использования его в качестве опорного напряжения также не представляется возможным, так как спектр сигнала при

ФМ не содержит составляющей с частотой

, а в реальном спектре она сильно ослаблена. Поэтому применяются гетеродины опорных колебаний, фаза которых непрерывно корректируется сигналом, либо опорное напряжение создается после ряда нелинейных преобразований из принимаемого сигнала.

Современные радиоприемные устройства широко используют аналоговую и цифровую реализацию отдельных функциональных узлов,

В том числе детекторов, поэтому следует различать цифровые схемы, которые могут либо повторять принципы аналогового детектирования, либо реализовать алгоритмы, отличающиеся от аналоговых, широко применяемых на практике.

В литературе нет установившегося названия устройствам, выполняющим операцию сравнения и одновременного преобразования одного вида сигнала в другой. В зависимости от области применения используют понятия: различитель, дискриминатор, демодулятор, детектор.

Фазовые детекторы находят широкое применение в различных фазометрических устройствах в системах автоподстройки частоты, в следящих узкополосных фильтрах способных автоматически перестраиваться при изменении частоты принимаемого сигнала, а также для детектирования фазомодулированных и фазоманипулированных сигналов.

Фазовый детектор (ФД) – это устройство, выходной сигнал которого определяется разностью фаз колебаний, подаваемых на его входы. Мгновенное значение выходного напряжения фазового детектора:

Uвых.фд =Uфд.maxF(

) (1)

где F(

) – нормированная характеристика фазового детектора; -мгновенная разность фаз входных напряжений.

1. Классификация фазовых детекторов

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 U₁(t) и U₂(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.

Рис.2

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);

Рис.3

На этой схеме частота гетеродина (опорное напряжение)

Под действием опорного напряжения u₀ меняется активный параметр схемы, обычно это крутизна S.

Напряжение на выходе с коэффициентом передачи К_д :

Рис.5

Согласно рисунка 5 напряжение Е_Д на входе фазового детектора зависит от

входного сигнала ; вид зависимости Е_Д от определяется отношением U_вх/U₀ . В общем случае характеристика детектирования существенно отличается от косинусоиды .

Если U_вх>U₀ то,

(3);

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

, то