Балансный и кольцевой суммарно-разностный фазовый детектор широко используются на всех частотах от низких звуковых до десятков гигагерц. Он является одним из основных узлов систем фазовой автоподстройки частоты, синтезаторов частот, генераторов сигналов, передатчиков, гетеродинов приемников различного назначения. Этот фазовый детектор может также использоваться в качестве синхронного амплитудного детектора.
Синхронный амплитудный детектор служит для линейного детектирования напряжений с малой (меньшей 0,2 В) амплитудой. Обычные детекторы непригодны для этого из-за существенной нелинейности начального участка их характеристики. Для синхронного амплитудного детектирования исследуемого напряжения с малой амплитудой необходимо опорное напряжение с той же частотой, начальной фазой и большой (5-7 В) амплитудой. В этом режиме на входы устройства подаются соответственно напряжения:
U1 = E1 sin (
), Е1
5 В, U2 = E2 sin (
), Е2
0,2 В.
Далее рассмотрение работы проводится для детектора, имеющего балансную схему.
Разность фаз напряжений U1 и U2 
равна нулю, представляющие их вектора коллинеарны, на векторной диаграмме (рис.30) они, их сумма и разность показаны отдельно. С учетом того, что = 0, Ед1= Е1 + + 
Е2, Ед2 = Е1-Е2. Выходное напряжение Uв = Uв1 - Uв2 = Ед1 - - Ед2 = Е2. Линейность обеспе-чивается за счет того, что на входы диодных амплитудных детекторов поступают суммар-ное и разностное напряжения с достаточно большими амплиту-дами. В отличие от обычного синхронный детектор обладает избира-тельностью, в нем нет подавления слабого сигнала сильным.
Кольцевая схема фазового детектора после замены выходной RC – цепи трансформатором, изображенным на рис. 29 в качестве дополнительного элемента, становится универсальной, имеющей много применений. Наиболее широко используемое из них – смеситель. В этом случае U1 и U2 – напряжения сигнала и гетеродина. Выходное напряжение содержит только составляющие с разностной и суммарной частотой, напряжения U1 и U2 на выход не проходят. Используя частотные свойства трансформатора, можно выделить одну полезную составляющую, с помощью низкочастотного трансформатора – с разностной частотой, с помощью высокочастотного – с суммарной.
Кольцевая схема служит также балансным модулятором. В этом режиме работы U1 – высокочастотное напряжение с частотой 
, U2 – модулирующее низкочастотное напряжение с частотой 
. С помощью высокочастотного трансформатора на выходе выделяется балансно модулированное напряжение, содержащее составляющие с частотами 
и 
. Это - амплитудно модулированное напряжение с подавленной несущей составляющей. Чтобы кольцевая схема стала обычным амплитудным модулятором - источником сигнала с несущей и двумя боковыми составляющими - нарушается баланс в схеме и напряжение U1 проходит на ее выход. Можно также оставить схему сбалансированной, а напряжение U1 подать на выход с помощью внешних цепей.
При реализации кольцевой схемы необходимо обеспечить идентичность ее элементов. Конструктивно трансформаторы выполняются на ферритовых кольцах диаметром 8 – 12 мм с небольшим числом витков плоского провода, склеенного из трех проводов, образующих первичную и две вторичных обмотки. На низких частотах это трансформатор, на высоких – связанные длинные линии. Трансформаторы и диодное кольцо помещаются в герметичный корпус. Выполненные таким образом смесители, фазовые детекторы имеют широкий диапазон рабочих частот, например, 0,1 – 1000 МГц или 0,1 – 12 ГГц и развязку между каналами.
Возвращаясь к балансному суммарно-разностному фазовому детектору, можно отметить следующее. Его чувствительность, т. е. крутизна характеристики Uв() (рис.27) на ее линейном участке S = 
[
], зависит только от амплитуд входных напряжений детектора U1 и U2. Используемые обычно амплитуды этих напряжений лежат в пределах единиц вольт. Существенное например, в 5-10 раз увеличение крутизны характеристики суммарно-разностного фазового детектора путем увеличения амплитуд напряжений U1 и U2, является технически сложной задачей. Требуется использовать мощные транзисторы, высоковольтные источники питания.
Для измерения малых разностей фаз 
1 – 50 предназначен высокочувствительный фазовый детектор, структурная схема которого приведена на рис.31.
Рис.31
Он отличается от балансного суммарно-разностного использованием в верхнем канале двух фазосдвигающих RC-цепей и вычитающего устройства вместо сумматора и введением высокочастотных усилителей перед амплитудными детекторами.
Работа детектора поясняется с помощью векторных диаграмм (рис.32,а-в).
Основные порталы (построено редакторами)
