Синхронный детектор Советский патент 1980 года по МПК H03D3/18 

I

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в устройствах автоматики и телемеханики для Синхронного амплитудно-фазового демодулирования.

Известен синхронный детектор, содержащий операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью и резистором, включенным между его неинвертируюц1им входом и общей щиной, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены с источником входного сигнала каждый через два последовательно включенных, резистора, при этом между местами соединения резисторов и общей шиной включены противофазно управляемые ключи 1.

Однако в известном синхронном детекторе ограниченность линейной амплитудной характеристики приводит к уменьщению динамического диапазона детектора по отношению к полезному сигналу.

Цель изобретения - расщирение динамического диапазона детектора.

Для этого в синхронном детекторе, содержащем операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью и резистором, включенным между его неинвертирующим входом и общей щиной, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены с источником входного сигнала каждый через два последовательно включенных резистора, при этом между местами соединения резисторов и общей щиной включены противофазно управляемые ключи, между местами соединения последовательно включенных резисторов включена цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и дополнительного резистора.

На фиг. 1 приведена электрическая принципиальная схема предложенного детектора; на фиг. 2. - эквивалентные схемы входной цепи детектора; на фиг. 3 - вольтамперные характеристики управляемого ключа и резистора; на фиг. 4 - передато ньте характеристики

UKOHA f(UM),

гд1е И К6КА, - напряжение на конденсаторе, и ex - входной сигнал.

Синхронный детектор содержит резисторы 1, 2, управляемые ключи на транзисторах 3, 4, конденсатор 5, дополнительный резистор 6, резисторы 7, 8, 9, отрицательную обратную связь на резисторе 10, операционный усилитель 11.

Устройство работает следующим образом.

При синхронном с опорным напряжением входном сигнале в полупериод, когда транзистор 3 закрыт, а транзистор 4 открыт, происходит заряд конденсатора 5 током, текущим по цепи U -резистор 1 - конденсатор 5 - резистор б - транзистор 4; при смене фазы опорного напряжения (транзистор 3 открыт, транзистор 4 закрыт) ток заряда идет по цепи транзистор 3 - конденсатор 5- резистор 6 - резистор 2 - U. При этом форма кривых зарядного тока конденсатора 5 в оба полупериода опорного напряжения идентична. По истечению времени переходного „процесса, определяемого величинами резисторов 1, 2, 6, 7, 8 и конденсатором 5, конденсатор 5 заряжается до постоянного напряжения, величина которого пропорциональна среднему значению входного сигнала и косинусу угла разности фаз между входным и опорным напряжениями.

При смене фазы входного сигнала на 180° меняется знак напряжения на обкладках конденсатора 5.

При замыкании транзисторов 3 или 4 конденсатор 5 попеременно разными обкладнами через резисторы 6, 8 и 6, 7 соответственно, подключается к неинвертирующему и инвертирующему входам операционного усилителя 11. При этом выходной сигнал демодулятора U ьых получается однбполярным.

Коэффициент передачи по инвертирующему входу

If Rto и КьТвГ а по неинвертирующему

к - .Z)

(R6- R8+R9)R7 где R6, R7, R8, R9, R10- сопротивления

резисторов 6, 7, 8, 9, 10. Эти соотнощения служат основой для определения номиналов резисторов 6, 7, 8, 9, 10 исходя из условия Ки КнПри выполнении условия - (и при пренебрежении величиной R6)

. Л12,

., .

R9

Из эквивалентных схем фиг. 2а, 26 следует, что резисторы 1, 2, 6, 7, 8, 9, при обычном выборе номиналов R1 R2 R7i R8 + R9, и конденсатор 5 образуют по отнощению к точкам соединений резисторов 1, 7 и 2, 8 RC-фильтр с передаточной характеристикой

.где Р - оператор Лапласа;

Т, CR6; Та (-1 -f R6)G.

Полагая RG- , то есть Т1«.Тг,/получим, что величина переменной составляющей на конденсаторе 5 на частотах больщих частоты среза фильтра меньще величины переменной составляющей входного сигнала.

Таким образом, во входной цепи детектора осуществляется фильтрация высокочастотных составляющих несущей и шумов с коэффициентом ослабления, определяемым частотой переменной составляющей и постоянными времени фильтра Т i и Т j, величины которых вьгбирают исходя из требований на полосу частот полезного сигнала.

При условиях отсутствия щума и нулевом сдвиге фазы входного синусоидального сигнала относительно опорного напряжения, величина сигнала на конденсаторе 5 уменьщается в 1,57 раза относительно амплитуды и gjj за счет подавления несущей частоты, что соответствует расщирению динамического диапазона демодулятора приблизительно на 4 дБ.

Эффект расщирения динамического диапазона усиливается при демодулировании сигналов с щумом и фазовым сдвигом.

Нормальное функционирование RCфильтра предполагает наличие в любой момент времени замыкания хотя бы одного ключа, так как фильтрации не будет, если оба транзисторных ключа находятся одновременно в разомкнутом состоянии. Таким образом, опорное напряжение должно быть сформировано так, чтобы не было возможности одновременного запирания ключей.

Это требование реально приводит к кратковременному нахождению обоих ключей в открытом состоянии

Вследствие этого конденсатор 5 оказывается включенным на время At на цепь, состоящую из последовательно соединенных открытых транзисторов 3, 4 и резистора б, где i - время одновременного нахождения транзисторов 3 и 4 в открытом состоянии. Напряжение на кбнденсаторе 5 уменьшается за счет разряда на величину AUp.-i4i

где i - ток разряда конденсатора 5;

С- величинаемкости конденс атЬра 5; Величина AU в каждой точке х рактеристики UKOHA f(Uex ) определяетЬя током разряда i, который зависит от вида вольтамперной характеристики, цепи разряда.. ,---..Г

На фиг 3 приведены вольтамперные характеристики двух последовательно соединенных открытых транзисторов (3,4) - Г2, резистора (6) 13 и вольтампернаяхарактеристика цепи из последовательно соединенных открь1ть1х транзисторов (3,4)| и резистора (6) - 14..

Используя эти характеристики

можно

построить пёреДаточные характеристики детектора. Для этого по характеристикам фиг. 3 определяют величину тока разряда емкости i, а через него по формуле, приВеденной выше, величину AU. На фиг. 4 приведены идеализированная передаточная характеристика 15 ( At 0), передаточная характеристика 16, соответствующая цепи, где величина резистора б равна нулю, и передаточная характеристика 17, соответствующая наличию резистора 6. -«-Из кривых видно, что отсутствие резистора 6 приводит к существенной нелинейности характеристики икочл ) (з значит, и передаточной характеристики детек; тора) в области малых входных сигналов Введение RC цепи выгодно отличает предложенный синхронный детектор от известного, так как упрощает устройства для обработки амплитудно-фазо модулированных сигналов с высоким уровнем щумов. Формула ио бретения Синхронный детектор, содержащий операционный усилитель с резистивной отричатапьной обратной связью и резисторбм, включенным между его неинвертирующим входом и общей шиной, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены с источником входного сигнала каждый через два последовательно включенных резистора, при этом между местами соединения резисторов и общей шиной включены противофазно управляемые ключи, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона детектора, между местами соединения последовательно включенных резисторов включена цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и дополнительного резистора. Источники информат ии, принятые во внимание при экспертизе 1. Ж. Марще. Операционные усилители и их применение Л., «Энергия, 1974, с. 88, рис. 5-60 (прототип).,

л:

±

ае.2