Синхронный детектор Советский патент 1985 года по МПК H03D3/18 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для вьщеления слабых периодических сигналов на фоне помех. , Цель изобретения - увеличение отношения сигнал/шум. На чертеже представлена функциональная электрическая схема предлагаемого синхронного детектора. Устройство содержит дифференциал ный усилитель 1, параллельно соединенные две идентичные ветви 2 и 3, каждая из которых содержит ключ 4 и реактивный элемент - катушку индуктивности 5, опорный генератор 6, входной резистор 7, пиковый детекто 8 положительных импульсов, пиковый детектор 9 отрицательных импульсов, алгебраический сумматор 10, первый и второй 12 дополнительные ключи. Устройство работает следующим образом. Опорный генератор 6 вырабатывает напряжение, по частоте и фазе совпадающее с вьзделяемым сигналом. Пусть в положительную полуволну сиг нала ключ 4 ветви 2 и ключ 12 замкнуты, а ключ 4 ветви 3 и ключ 11 разомкнуты. При этом катушка 5 индуктивности накапливает входной сиг нал, а катушка индуктивности ветви отдает накопленную во время предыду щего полупериода энергию на один из входов диффереН1 иальното усилителя Постоянная времени разряда катуш ки 5 индуктивности выбирается корот кой по сравнению с полупериодом сиг Т нала у, вследствие чего на входах дифференциального усилителя 1 при замыкании дополнительных ключей 11 или 12 поочередно формируются остро конечные импульсы напряжения большой амплитуды с экспоненциальные спадом. Причем, на одном из входов импульсы постоянно положительные, а на втором - отрицательные, поэтому выходные импульсы дифференциального усилителе 1, поступающие на пиковые детекторы 8 и 9, имеют одну полярность, например положительн то. При этом на выходе пикового детектора В положительных импульсов устанавливается постоянное напряжение, близк по величине к амплитуде его входных импульсов. На выходе пикового детек тора 9 отрицательных импульсов напр жение равно нулю. Напряжение на вы6ходе алгебраического сумматора 10 , равно выходному напряжению пикового детектора 8 положительных импульсов. При несовпадении частот опорного генератора 6 и входного сигнала импульсы на выходе дифференциального усилителя 1 становятся разнополярньми. На выходе пикового детектора 9 отрицательных импульсов появляется отрицательное напряжение, которое вычитается в алгебраическом сумматоре 10 из положительного выходного напряжения пикового детектора 8 положительных импульсов, в результате чего выходное напряжение синхронного детектора уменьшается. При больпшх постоянных времени пиковых детекторов 8 и 9 уже небольшое несовпадение частот приводит к уменьшению выходного напряжения почти до нуля. Увеличение отношения сигнал/шум достигается уменьшением собственного шума синхронного детектора. А уменьшение собственного шума синхронного детектора достигается с одной стороны увеличением коэффициента передачи, с другой стороны - уменьшением напряжения дрейфа нуля на выходе синхронного детектора. Увеличение коэффициента передачи достигают сжатием входного сигнала в короткие импульсы большой амплитуды. Ток в катушке 5 индуктивности в момент переключения ее на большое входное сопротивление дифференциального усилителя 1 не может изменить свое значение, поэтому амплитуда импульсов на входах дифференциального усилителя значительно превосходит амплитуду исходного сигнала. Ограничение величины входного сопротивления дифференциального усилителя 1 сверху связано с необходимостью иметь апериодический разряд индуктивности, который при чрезмерном увеличении входного сопротивления дифференциального усилителя 1 превращается в затухающий колебательный. Напряжение дрейфа нуля на выходе синхронного детектора определяется дрейфом нуля алгебраического сумматора 10. Дрейф нуля алгебраического сумматора определяется коэффициентом усиления, который равен единице. Дрейф нуля дифференциального усилителя 1 не попадает на выход синхронного детектора, так как пиковые детекторы 8 и 9 не реа3 1

гируют на медленно меняющееся напряжение .

Усиление коротких импульсов требует от дифференциального усилителя 1 широкой полосы, что приводит к появлению на его выходе высокочастотных шумов. №1ея близкий к нормаль ному закон распределение с нулевым средним значением, они одинаково детектируются обоими пиковыми детекторами 8 и 9 и вычитаются в алгебраическсж сумматоре 10. Однако 7

1937664

вследствие неизбежных погрешностей при детектировании и суммировании на выходе синхронного детектора появляется некоторое напряжение, 5 вызванное наличием собственного шума дифференциального усилителя 1, которое тем меньше, чем меньше отличаются между собой коэффициенты передачи пиковых детекторов 8 и 9

to и коэффициенты передачи алгебраического сумматора 10. по разнкм входам.

СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержащий дифференциальный усилитель, параллельно соединенные две идентичные ветви, каждая из которых содержит последовательно соединенные ключ и реактивный элемент, опорный генератор, прямой выход которого подключен к управляющему входу ключа первой ветви, а инверсный - к управляющему входу ключа второй ветви, при этом одна общая точка двух идентичных ветвей через входной резистор подключена к источнику входного сигнала, а другая соединена с общей шиной, отличающи йс я тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум, в него введены пиковый детектор положительных импульсов и пиковый детектор отрицательных импульсов, входы которых объединены и подключены к выходу дифференциального усилителя, выходы пиковых детекторов положительных и отрицательных импульсов подсоединены к входам введенного алгебраического сумматора, выход которого является выходом синхронного детектора, а также первый и второй до(Л полнительные ключи, включенные соответственно между точкой соединения ключа и реактивного элемента каждой ветви и одним из входов дифференциального усилителя, при этом управляющие входы первого и второго дополнительных ключей соединены соответственно с инверсным и пря мым выходами опорного генератора, 00 а реактивные элементы выполнены в виде катушек индуктивностей. а Од