Материал: Радиотехнические цепи и сигналы для дистанционного обучения. Останков А.В

напряжение на выходе детектора будет равно их разности: Ūд = Kд (Ūд1 − Ūд2), а с учетом (78)

где a = UФМ /UОГ, Kд — коэффициент передачи детекторов. Выражение (79) есть уравнение детекторной характеристики векторомерного фазового детектора, которое может быть положено в основу теоретического анализа детектора

(для упрощения можно полагать, что ϕ0 = 90°, тогда ϕ(t) ≡ ϕФМ(t)).

Если амплитуда UОГ опорного колебания u0(t) значительно превышает амплитуду UФМ сигнала uФМ(t) (то есть a<< 1), что, как правило, и имеет место на практике, то после разложения арифметических квадратных корней в ряд Тейлора с удержанием двух первых членов выражение (79) существенно упрощается и принимает вид:

Ūд (ϕ)≈UФМ Kд sinϕ.

(80)

На рис. 74 показана детекторная характеристика фазового детектора, рассчитанная по формуле (80). Крутизна характеристики Sд при нулевой расстройке фаз может быть оценена как Sд = dŪд(ϕ)/dϕ|ϕ = 0 = UФМ Kд [В/рад].

Рис. 74

Если внутреннее сопротивление диода намного меньше сопротивления нагрузки R, то входное сопротивление амплитудного диодного детектора примерно равно ½ R. Следовательно, входное сопротивление балансного фазового детектора со стороны сигнального входа, пересчитанное ко вторичной обмотке трансформатора Т1, будет равно сумме двух входных сопротивлений амплитуд-

ных детекторов, т.е. Rвх1 ≈ R.

Постоянная времени выходной RC-цепи рассмотренных детекторов выбирается так (см. выражение (66)), чтобы обеспечить неискажённое воспроизве-

дение огибающей колебаний (τ<< 1/F, где F — наивысшая частота в спектре модулирующего сигнала) и необходимое сглаживание высокочастотных пульсаций

(τ>>1/f0, где f0 — несущая частота колебаний). Сначала, как правило, выбирают сопротивление R, а для расчёта С используют соотношение:

где М — максимальный коэффициент модуляции (обычно полагают М ≈ 0.8).

140

11.3.Задания и указания к их выполнению

11.3.1.Исследование частотного детектора на расстроенных контурах

(для нечётных номеров варианта)

Подготовить установку к исследованиям.

Загрузить схемный файл «Frequency detector.ewb». Примерный вид исходной виртуальной установки показан на рис. 75. Изучить и зарисовать упрощённую схему исследуемого частотного детектора (источники входных колебаний, панели приборов, коммутационные устройства можно не показывать). Уяснить назначение подключенных к детектору приборов и коммутируемых источников сигналов.

По умолчанию ко входу детектора подключен идеальный частотный модулятор («Ch_Modul») — источник детектируемого ЧМ-напряжения uЧМ(t) (переключатель, управляемый клавишей «Space» («пробел»), установлен в нижнее положение). Значения частоты несущей (f0), амплитуды (U0) и девиации частоты (Fд) ЧМ-колебания устанавливаются с помощью вынесенных из тела модулятора источников «f0», «S0» и «Fd» (один вольт источников «f0» и «Fd» соответствуют одному герцу одноименного параметра).

Рис. 75

Управляющий частотой колебания низкочастотный гармонический сигнал вырабатывается отдельным источником «Function Generator», подключенным ко входу модулятора. Панель источника показана на рис. 75.

Установить заданную в табл. 41 величину резонансного сопротивления расстроенных контуров Rк (имитируется в схеме одноименными сопротивлениями). Поскольку каждый контур шунтируется по переменной составляющей

141

входным сопротивлением Rвх1 амплитудного диодного детектора, то эквивалентное резонансное сопротивление контура составит Rк Э = Rк Rвх1/(Rк + Rвх1) (шунтирующее влияние выходного дифференциального сопротивления транзистора не учитывается). Вычислить и занести в отчёт значение Rк Э, полагая, что Rвх1 ≈ ½ R = 100 кОм.

Располагая рассчитанным эквивалентным резонансным сопротивлением контуров Rк Э и заданным в табл. 41 значением требуемой эквивалентной полосы пропускания Пf Э, рассчитать ёмкость контуров С1,2 по формуле

C1,2 =1/(2π Пf Э RкЭ ).

(82)

Установить ёмкости контуров С1,2 в соответствии с расчётом.

Полагая, что контуры расстроены относительно переходной частоты f0 (см. табл. 41) на величину ∆f = 0.7 Пf Э, рассчитать индуктивности контуров L1,2 по формулам

Установить значения индуктивностей контуров L1,2 в соответствии с результатом расчёта.

Далее необходимо установить параметры детектируемого напряжения: частоту несущей f0 (табл. 41, источник «f0»), амплитуду колебания U0 = 100 мВ (источник «S0»), частоту F модулирующего гармонического колебания (табл. 41, позиция Frequency на панели «Function Generator»). Амплитуду UНЧ модулиру-

142

ющего сигнала (позиция Amplitude) взять равной 1 В (установлена по умолчанию). При UНЧ =1 В девиация частоты ЧМ-колебания (Fд) определяется один к одному напряжением источника «Fd». Установить её величину следует в соответствии с табл. 41.

Снять детекторную характеристику.

Клавишей «Space (пробел)» отключить от входа детектора генератор ЧМнапряжения и подключить источник «u(t)» (рис. 75) немодулированного высокочастотного колебания. Установить действующее значение напряжения источника равным 70.7 мВ (параметр Voltage), чтобы амплитуда входного сигнала составила точно 100 мВ. При подаче на вход частотного детектора гармонического напряжения с частотой, отличающейся от переходной частоты, на выходе в установившемся режиме наблюдается постоянное напряжение с малым уровнем высокочастотных пульсаций. Поэтому для снятия детекторной характеристики предлагается изменять частоту входного гармонического колебания и, каждый раз, по окончании переходных процессов оценивать с помощью визира осциллографа средний уровень Ūд выходного напряжения. Частоту сигнала на входе f (параметр Frequency) рекомендуется изменять в пределах от f0 −1.2∆f до f0 +1.2∆f с шагом 0.1∆f (∆f = 0.7 Пf Э, f0 — заданное значение переходной частоты детектора). Значение текущей частоты заносить в первую строку табл. 42. Результат измерений напряжения Ūд в установившемся режиме заносить в третью строку табл. 42.

Таблица 42

Установить экспериментально частоту f′0, на которой выходное напряжение частотного детектора близко к нулю (заметим, что переходная частота f′0 может несколько отличаться от заданного в табл. 41 значения f0). Занести экспериментальное значение переходной частоты f′0 в отчёт.

Вычислить значения абсолютной расстройки частоты на входе детектора F = f − f′0 и занести во вторую строку табл. 42.

Построить график детекторной характеристики — зависимости выходного постоянного напряжения Ūд от величины расстройки частоты F входного сигнала относительно переходной частоты f′0.

Проанализировать форму детекторной характеристики. Сделать вывод о возможности реализации режима детектирования с минимальным уровнем нелинейных искажений.

143

Оценить параметры детекторной характеристики.

В окрестности нулевой расстройки частоты определить по графику крутизну экспериментальной характеристики S′д ≈ ∆Ūд/∆F и внести в отчёт.

Рассчитать теоретическое значение крутизны Sд по формуле (77). При расчёте положить U0 равным 100 мВ, Kд ≈ 1, K0 = S RкЭ, где S = 8.75 мА/В — крутизна статической проходной ВАХ транзистора в рабочей точке. Сравнить расчётное значение с экспериментальным значением. Сделать вывод.

Определить по графику детекторной характеристики её апертуру — протяженность линейного участка в значениях расстройки частоты. Сравнить полученный результат с теоретически предполагаемым значением (76).

Исследовать режим линейного детектирования.

Клавишей «Space (пробел)» произвести переключение источников на входе детектора. Установить несущую частоту входного ЧМ-напряжения равной экспериментально определенному значению переходной частоты детектора f′0.

Проанализировать установленное ранее значение девиации частоты на соответствие апертуре (2Fm) частотного детектора: для детектирования с малым уровнем искажений должно выполняться неравенство Fд < Fm. Если указанное условие не выполняется, уменьшить значение девиации до величины Fm.

Произвести моделирование. Снять и зарисовать осциллограмму выходного напряжения детектора в установившемся режиме (спустя 2-3 периода колебаний), проанализировать форму полученного сигнала, определить его частоту. Сделать вывод о степени искажений информационного сигнала.

Уменьшить вдвое девиацию частоты детектируемого колебания. Повторить эксперимент. Отразить его результаты в отчёте. Сделать вывод.

Увеличить девиацию частоты Fд детектируемого колебания так, чтобы её значение сначала точно соответствовало, а затем несколько (в 1.2-1.4 раза) превышало половину апертуры (Fm) детекторной характеристики. Снять в обоих случаях осциллограммы выходного напряжения детектора и зарисовать в отчёт. Проанализировать их форму.

Сделать вывод о желательном практическом соотношении между апертурой детекторной характеристики ЧД и девиацией частоты детектируемого ЧМколебания.

Исследовать зависимость детекторной характеристики от величины полосы пропускания контуров при фиксированной взаимной расстройке.

Отключить от входа детектора генератор ЧМ-напряжения и подключить источник гармонического колебания.

144