Радиоэлектронные устройства (справочник) (стр. 37 )

4. ДЕТЕКТОРЫ С НЕЛИНЕЙНЫМИ ПЕРЕДАТОЧНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Пиковый детектор на транзисторах. При отсутствии на входе AM сигнала транзисторы VT1 и VT2 (рис. 8.14) закрыты. Напряжение на конденсаторах CI и С2 равно нулю. Входной сигнал через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 проходит на базу транзистора VT2. Импульс отрицательной полярности проходит через два транзисторных перехода. Через переход база — коллектор заряжается конденсатор С2, а через переход база — эмиттер — конденсатор С1. В этом случае транзистор работает как два диода. При отсутствии входного сигнала конденсатор С1 разряжается через переход база — эмиттер VT3 и резистор R2. Напряжение на конден­саторе С2 остается без изменения. Если последующий входной им­пульс будет иметь большую амплитуду, чем предыдущий, то вновь откроется два перехода транзистора VT2 и произойдет заряд коненсаторов до нового уровня входного сигнала. В том случае, если входной импульс будет меньше по амплитуде, то откроется толь ко переход база — эмиттер. Тран зистор VT2 работает как триод Конденсатор С2 разряжается че­рез транзистор VT2 на конденса­тор С1. Процесс разряда будет происходить до тех пор, пока по­тенциалы этих конденсаторов не сравняются. Напряжение на них будет равно амплитуде входного сигнала. Постоянная времени за­ряда конденсатора С2 равна 2,5 мкс, постоянная времени раз­ряда — 40 или 0,6 мкс в зависимости от режима работы транзи­стора VT2. Точность детектирования огибающей не хуже 2,5% при частоте 100 кГц. Минимальная амплитуда входного сигнала 20 мВ.

Рис. 8.14 Рис. 8.15

Рис. 8.16

Частотно-зависимый амплитудный детектор. Выходной сигнал детектора (рис. 8.15, а) снимается с диагонали моста, который включен в цепь ООС ОУ. Коэффициент передачи детектора зависит от элементов ООС R3, R2 и С, а также от сопротивления компен­сирующего резистора R1. Коэффициент передачи определяется вы­ражением

На рис. 8.15,6 приведена зависимость выходного напряжения от частоты.

Квадратичный детектор с аппроксимацией. Детектор (рис. 8.16) состоит из двух симметричных устройств. На вход ОУ DA1 прихо­дит отрицательная полярность входного сигнала, а на вход ОУ DA2 — положительная. Когда входной сигнал отрицательной поляр­ности имеет уровень меньше 1 В, коэффициент усиления микросхемы определяется отношением R6/R1 и равен единице. Как только вход­ной сигнал превысит уровень 1 В открывается транзистор VT1 и коэффициент усиления усилителя меняется. На выходе интеграль­ной микросхемы DA1 сигнал удваивается. При дальнейшем увели­чении входного сигнала будут последовательно открываться осталь­ные транзисторы. Таким образом, квадратичная зависимость выход­ного сигнала будет аппроксимирована линейными участками. Воз-рая половина схемы для положительной полярности входного сиг­нала работает аналогичным образом. Верхняя граничная частота входного сигнала определяется граничной частотой работы ОУ.

5. ЧАСТОТНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

Детектор на дифференцирующем каскаде. В основу ча­стотного детектора (рис. 8.17, а) положен каскад усилителя с не­равномерной частотной характеристикой. Коэффициент усиления усилителя равен oR2Ci. К коллектору транзистора VJ2 подключен детектор. Постоянное напряжение на выходе детектора пропорцио­нально частоте входного сигнала. На рис. 7.17, а показаны три гра­фика зависимости выходного сигнала от частоты при различных емкостях конденсатора CL Линейная зависимость наблюдается для емкости 6 нФ. На частоте 100 кГц коэффициент передачи де­тектора равен 100.

Рис. 8.17

Рис 8.18

Детектор с фазовым звеном. Частотный детектор (рис 8 18) построен по принципу синхронного детектирования Входной сиг­нал через транзистор VT1 проходит на базы транзисторов VT2 и VT3 Транзистор VT2 совместно с элементами С! и R6 образуют фазосдвнгающин каскад Цепочка R6 и С1 имеет частоту среза 1 кГц На этой частоте выходной сигнал транзистора VT2 сдвинут на 90° относительно входного сигнала В каскаде на транзисторе VT3 входной сигнал усиливается и ограничивается Этот сигнал управляет работой полевого транзистора VT4, который работает в ключевом режиме и управляет цепью, через которую проходит сдвинутый по фазе входной сигнал Интегратор на элементах R11 и С4 выделяет постоянную составляющую Зависимость постоянной составляющей от частоты входного сигнала, имеющего амплитуду 2 В, приведена на рис 8 18

Активные частотные детекторы. Четыре схемы частотных де­текторов (рис 8 19) построены по одному принципу Частотно-за­висимым элементом в схемах является RC цепочка Сигнал на ре­зисторе R2 в схеме рис 819, с сдвинут относительно входного сигнала на определенный фазовый угол Фазовый сдвиг зависит от частоты входного сигнала Сигнал на базе управляет транзистором VT, выходной ток которого заряжает конденсатор С2 Значение тока определяется сопротивлением резистора R1 Функции интегри­рования выходного сигнала выполняют элементы RI, C2 Кроме того, резистор R1 является элементом фазосдвигающей цепочки

В схеме рис 819,6 фазосдвигающая цепочка построена на эле­ментах R1, С1, а интегрирующая цепочка — на R2, С2. Частотные характеристики обоих детекторов имеют в области низких частот неравномерный участок, который ограничивает рабочий диапазон устройства Чтобы уменьшить этот участок, в следующих схемах включен дополнительный транзистор На рис 819, в детектор имеет частотную характеристику, неравномерный участок которой пере­мещен к частотам менее 2 кГц Введение дополнительного транзи­стора в схеме с ОБ позволило создать детектор (рис 819, г), ча­стотная характеристика которого является линейной и имеет большую крутизну, чем все предыдущие Амплитуда входного сиг­нала равна 3 В Все схемы проиллюстрированы частотными зави­симостями выходного напряжения

Детектор с фазовым мостом. В основе частотного детектора (рис 8 20, а) лежат две схемы мостового фазовращателя и балансного фазового детектора Фазовращатель собран на Rl, R2 и С1.С2, а фазовый детектор состоит из следующих элементов VD1, VD2, R3, R4, СЗ, С4 Выходное напряжение фазовращателя используется ках коммутирующее напряжение для детектора При изменении ча­стоты входного сигнала от 0 до оо сдвиг фазы выходного сигнала на выходе фазовращателя будет меняться от 0 до 180° Для частоты w=1/RС = 2,1 МГц сдвиг фазы будет равен 90°. Для этого сдвига фазы на выходе детектора будет нулевое напряжение. При других значениях фазового сдвига напряжение на выходе детектора является положительным или отрицательным. Коэффициент передачи детектора в зависимости от частоты сигнала определяется выраже­нием UBЫХ/Uвых max=(w02 — w2)/(w02 +w2). На рис. 8.20, б приведена характеристика детектора.

Рис 8.19

Рис. 8.20

Рис. 8.21

Частотный детектор на интегральной микросхеме К224ДС2. Принципиальная схема микросхемы приведена на рис. 8.21, а. Сим­метричный детектор отношений (рис. 8.21,6) предназначен для ра­боты с частотой от 6 до 20 МГц. Для симметрирования плеч детек­тора между выводами 3, 5 включен резистор R.

6. ФАЗОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

Детектор на дифференциальном усилителе. Детектор (рис. 8.22) построен на дифференциальном усилителе, входящем в микросхему, к выходу которого подключены два транзистора, осу­ществляющие функции повторителя и преобразователя уровня. На один вход усилителя поступает исследуемый сигнал, на вход управ­ления — опорный сигнал. Амплитудная характеристика детектора линейна при амплитудах входного сигнала до 50 мВ. Частотный диапазон работы от единиц герц до мегагерц.

Рис. 8.22

Детектор на ограничителях. Фазовый детектор (рис 823 а) со­стоит из двух усилительных каскадов, работающих в режиме насы­щения. На первый вход подается исследуемый сигнал а на вто­рой — сигнал с опорной частотой. В коллекторах транзисторов появ­ляется сигнал прямоугольной формы. Когда в коллекторах транзи­сторов VT1 и VT2 сигнал положительной полярности а в коллек­торах VT3 и VT4 — отрицательной, то на входе диода будет нуле­вой сигнал. Это случай совпадения сигналов по фазе При сдвиге сигналов на 2л в коллекторах транзисторов будут совпадать по времени положительные и отрицательные импульсы. На входе диода будет сигнал той же полярности, что и в коллекторах транзисто­ров. Отрицательный полупериод сигнала пройдет через диод и на выходе фильтра выделится постоянная составляющая Длитель­ность импульсов положительной и отрицательной полярностей бу­дет пропорциональна фазовому сдвигу между сигналами В прин­ципе можно образовать выходной сигнал и от положительных им­пульсов. На рис. 8.23, б приведена характеристика детектора

Рис. 8.23

Детектор на интегральной микросхеме К122УД1. Детектор собран на дифференциальном усилителе интегральной микросхемы К122УД1 (рис. 8.24). Сигнал на Входе 1 (база одного из двух транзисторов дифференциальной пары микросхемы) формирует на двух выходах сигналы, сдвинутые по фазе на 180°. Сигнал, кото­рый подается на Вход 2 (база транзистора микросхемы), форми­рует сигналы, совпадающие по фазе. При фазовом сдвиге сигналов, равном 90°, на входах и выходах микросхемы образуются одина­ковые сигналы. После выпрямления на выходе детектора будет нуль. Для совпадающих по фазе входных сигналов на выходах дифферен­циального усилителя будет максимальный разбаланс по амплиту­де. В этом случае после детектирования формируется максимальное отрицательное напряжение. При сдвиге по фазе на 180° между входными сигналами на выходе схемы формируется максимальное положительное напряжение. Для других фазовых соотношений между входными сигналами на выходе будет устанавливаться промежуточное значение. Детектор работает при входных сигналах с амплитудой до 1 В на частотах от 1 кГц до 1 МГц.