Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

3. Функциональная схема и принцип действия
Функциональная схема синхронного детектора, изображённого на принципиальной схеме (см. Приложение 1), приведена на Рис. 1.

4_am_detector.png

Детектор основан на т.н. детекторе Тейлоу (Tayloe detector), который разработал Dan Tayloe (Патент США
#6230000) Сам детектор Тайлоу это резистор. 4 конденсатора и 4 ключа, управляемых импульсами 1/4 периода (рис.2):

 

4_am_detector2.png

                                                                             Рис. 2 Детектор Дена Тейлоу


 Схема на мультиплексорах - это простая реализация детектора Тейлоу, т.к. дешифратор управления ключами входит в состав мультиплексора [13].
 Сигнал ПЧ поступает на вход усилителя промежуточной частоты (УПЧ), выполненного на двузатворном полевом транзисторе Tr1, уровень сигнала ПЧ регулируется потенциометром R1 . На второй затвор транзистора подается напряжение смещения, формируемое системой автоматической регулировки усиления (АРУ).

ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты)

Через развязывающий трансформатор L3 сигнал поступает на высокочувствительный ограничитель IC1 (см. [15]), который выделяет из спектра ПЧ самый мощный сигнал (обычно несущую, о возможности приёма сигналов с подавленной несущей - далее), усиливает и ограничивает его. Далее сигнал поступает на фазовый детектор (ФД), U1 где происходит его перемножение с сигналом генератора управляемого напряжением (ГУН), который входит в систему ФАПЧ (фактически - синхронное детектирование). ГУН выполнен на транзисторе Tr4 по схеме ёмкостной трёхточки. И настроен на учетверённую частоту ПЧ (455 * 4=1820 кГц).
 Она автоматически подстраивается варикапом D4. Напряжение ГУНа, усиленное транзистором Tr5 поступает на триггеры микросхемы IC6 - делителя частоты на 4. На четырёх выходах делитель формирует сигналы прямоугольной формы (меандр со скважностью = 4) с частотой 455 кГц и относительными фазами (условными, отсчитанными по переднему фронту импульсов на выводе I) 00, 1800, 900, 2700 (примерная временная диаграмма на Рис.3).

4_am_detector3_0.png

  Рис. 3 Примерная временная диаграмма сигналов, формируемых ГУН системы ФАПЧ

Эти импульсы управляют: мультиплексорами, в т.ч. и мультиплексорами ФД ФАПЧ (два нижних по принципиальной
схеме в Приложении 1). Динамика работы ФАПЧ такова: при поступлении несущей (в полосе захвата ФАПЧ) в результате рассогласования (от 900 ) сдвига фаз премножающихся в ФД ФАПЧ сигналов, он вырабатывает напряжение ошибки , пропорциональное отклонению сдвига фаз между напряжениями восстановленной несущей и ГУНа от 900 .
Возникают биения с частотой F= fнес - fгун. Напряжение ошибки сглаживается симметричным ФНЧ, выполненном на R21, R20, C15, противофазные сигналы после ФД ФАПЧ объединены в дифференциальном усилителе IC3B, выход которого служит выходом квадратурного балансного смесителя, для точной балансировки которого служит потенциометр R25.
 Далее сигнал рассогласования (с частотой F) поступает на специальный ФНЧ, который является блоком регули-
ровки полосы захвата ФАПЧ (БР ФАПЧ). Здесь происходит дополнительная фильтрация и формирование импульсов
управления варикапом D4 ГУН. БР ФАПЧ также позволяет ограничивать амплитуду пульсаций, для того, чтобы
можно было выбрать полосу захвата ФАПЧ. Полоса захвата выбирается из 3 возможных положений: широкая (Wide) обеспечивает подстройку ФАПЧ в пределах ±6 кГц, средняя (Medium): ±1 кГц и узкая (Narrow): ±30 Гц. Также предусмотрен специальный переключатель (Window). позволяющий строго ограничить напряжение подстройки варикапа, тем самым предотвратить перестройку системы ФАПЧ с частоты, являющейся центральной (455 кГц) [4]. Это необходимо для сигналов с подавленной несущей, чтобы ФАПЧ не захватывала вместо несущей частоту наибольшей спектральной составляющей боковой полосы, попавшую в полосу захвата. А также это позволит принимать очень слабые, или удалённые (DX) станции, находящиеся по частоте близко с мощными станциями, или например, FSK или RTTY для дальнейшего декодирования с помощью компьютера.
После БР ФАПЧ сформированный сигнал ошибки поступает на варикап ГУН D4, подстраивая частоту гетеродина.

 Синхронные детекторы 

 Если при включении приёмника или перестройке, частота сигнала находится в пределах полосы захвата,система ФАПЧ захватывает его, устанавливая точное равенство частот и фазовый сдвиг сигналов на входах ФД ФАПЧ (построенного на IC7D и IC7C) равным 90. Триггеры микросхемы IC6 формируют импульсы для управления ключами IC2A, IC2B, IC2С, IC2D так, чтобы в каждый момент времени был замкнут только один ключ. На входы фазовых детекторов также поступают принимаемые сигналы: несущая с частотой fн и боковые полосы модуляции с выхода эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе Tr2. При этом на входах ФД (U2) образованного двумя верхними (по принципиальной схеме) ключами (IC2A, IC2B), фазы сигналов совпадают, что и необходимо для синхронного детектирования АМ колебаний. В результате перемножения на выходе ФД получаем продукты преобразования, в которых содержится детектированный сигнал:

4_am_detector_f1.png

 

На входах квадратурного ФД (U3), образованного ключами IC2C и IC2D фазы сигналов различаются на 90
(в квадратуре). На выходе ФД в результате перемножения получим 

4_am_detector_f2.png

Второе слагаемое будет содержать компонент с частотой F= fнес - fс
Т.е, как видим, в чистом виде составляющей с частотой модулирующего сигнала нет, и след. её нельзя выделить с помощью ФНЧ (для ДБП). Квадратура (QUARD) нужна далее для выделения одной из боковых полос сигнала с ОБП. Оба ФД идентичны. После каждого из них стоит симметричный ФНЧ - для верхнего (по принципиальной схеме) он образован R47, R46, C29, для квадратурного - R58, C36, R57. Этот фильтр пределяет селективность приёмника, ослабляет сигналы соседних по частоте радиостанций, которые после преобразования в детекторе попадают в ультразвуковую область частот. Противофазные сигналы после ФД попарно объединены в дифференциальных усилителях IC3D и IC5B, выходы этих усилителей служат выходами двух квадратурных балансных смесителей.


 Низкочастотные сигналы с выходов смесителей поступают на двухканальный НЧ фазовращатель, образованный каскадами на дифференциальных усилителях IC4B и IC5A соответственно (блок НЧ ФВ на функциональной схеме). 

С верхнего (по принципиальной схеме) каскада усиления после дополнительной фильтрации снимается продетекти-
рованный сигнал с ДБП.


 Если же желательно выделить только верхнюю или нижнюю боковые полосы (ВБП или НБП), переключатель S1 устанавливают в соответствующее положение (USB или LSB соответственно). Процесс выделения боковых полос в описываемом детекторе происходит следующим образом. Пусть на вход устройства поступает сигнал с частично подавленной несущей fн и симметрично расположенными на частотной оси боковыми полосами, как показано ломаными линиями на рис.4.

4_am_detector4.png

Рис.4 Кривая селективности при подавлении НБП

 Фазу всех этих компонент сигнала примем за нулевую. Пусть далее ГУН синхронизирован с несущей на частоте fн. В ФД, образованном IC2B, IC2A происходит преобразование частот: из частот ВБП вычитается частота fн и из частоты fн вычитаются частоты НБП. Фазы колебаний преобразуются так же, как и частоты, и в результате на выходе ФД U1 (см. функциональную схему) оказываются колебания звуковых частот с нулевыми фазами. В ФД U3 колебания ВБП, преобразуясь в звуковые, сдвигаются по фазе на -900, а колебания НБП на +900. Получая дополнительный фазовый сдвиг +900 в НЧ фазовращателе (НЧ ФВ), колебания звуковых частот, образованные из ВБП, будут иметь фазовый сдвиг 0, а из НБП +1800. При сложении низкочастотных колебаний в суммарно-разностной Sg1 (см. функц. схему), образованной R71, R86, R69, R70, R72, R73 и дифференциальными усилителями IC5C, IC5D, выделяется ВБП, а при вычитании НБП. Сложение происходит в IC5D при подаче входных сигналов на один из входов дифференциального усилителя, а вычитание в IC5C при подаче одного сигнала на прямой, второго на инверсный входы дифференциального усилителя. Подстройка на максимальное подавление НБП осуществляется с помощью потенциометра R69, а подавление верхней переменным резистором R73 (см. Приложение 1).
Степень подавления НБП (ВБП) зависит от параметров НЧ фазовращателя. В данном случае НЧ фазовращатель 1-го порядка, и имеет 1 точку "бесконечного" подавления на той частоте, где фазовый сдвиг равен точно 900

АРУ (автоматическая регулировка усиления) функционирует следующим образом: съём напряжения для АРУ осуществляется перед одним из фильтров звуко-
вой частоы (см. функциональную схему), которые отсекают постоянную составляющую. Зато напряжение для АРУ её
содержит, и она тем больше, чем больше громкость (мощность) сигнала на выходе.

 Далее переменная составляющая исключается выпрямительными каскадами на IC4A, IC4C, IC4D и диодами D6...D11, а также фильтром R79, R80, C47, C48. Изменяющаяся в зависимости от громкости постоянная составляющая на выходе системы АРУ управляет после дополнительного фильтра R5, C2, который определяет быстродействие системы АРУ напряжеием смещения двузатворного полевого транзистора Tr1, подаваясь на второй (относительно сигнального) его затвор.

Детектор огибающей позволяет использовать обычное АМ детектирование (не синхронное). Через буферный каскад на Tr3 (см. принцип. схему в Прил.1), сигнал фильтруется от постоянной составляющей с помощью дросселя L1, обладающего достаточно большой индуктивностью и поступает на амплитудный детектор огибающей (Envelope), содержащий диод D1 и ФНЧ, R93, C8, далее сигнал дополнительно фильтруется и усиливается каскадом на ОУ IC3A. Сам детектор был сэмулирован в Electronics Workbench

 4_am_detector5.png

Рис. 5 Детектор огибающей, сэмулированный в программа Electronics Workbech 5.12


 АМ детектор позвлит также принимать сигналы модулированные по системе "MagnaVox", т.к. она совлестима с обычным детектированием огибающей. Естественно, в моно - режиме.

Вывод
Как известно при малых амплитудах детектирование огибающей таким способом является квадратичным в следствии ненейности ВАХ диода, что вызывает нелинейные искажения формы детектируемого сигнала.

Нелинейные искажения при сихронном детектировании очень малы не идут в сравнение с искажениями в АМ детекторе огибающей. К тому же появляется возможность стерео приёма, где каждый канал модулирует свою боковую полосу, а также, естественно и приём SSB сигналов.