Фазовый детектор Советский патент 1982 года по МПК H03D3/14 

(54) ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР

1

Изобретение относится к фазовым детекторам и может найти применение в радиоприемной и измерительной технике.

Известен фазовый детектор (ФД), содержащий ключ, управляемый опорным напряжением, и выполненный на полевом транзисторе операционный усилитель, а также входные цепи на резисторах 1.

Мощность источника опорного напряжения, приложенная к затвору полевого транзистора, в данном случае может быть незначительной, однако ввиду разброса параметров транзистора величина напряжения, подаваемого на затвор, должна быть относительно больщой. Это обстоятельство может потребовать дополнительного усиления опорного напряжения. Включение в схему ФД операционного усилителя приводит к дополнительному существенному расходумощности источника питания, что накладывает серьезные ограничения на возможность использования данного детектора в портативной аппаратуре.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фазовый детектор, содержащий первый полевой транзистор, сток которого через первый конденсатор соединен с источником входного сигнала, исток подключен к общей щине, а затвор через второй конденсатор соединен с источником опорного сигнала, фильтр нижних частот, подключенный к стоку первого полевого транзистора, и первый резистор,подключенный одним выводом к затвору первого полевого транзистора 2.

.В данном ФД используется полевой транзистор, изготовленный по специальной тех,Q нологии. Благодаря специальной конструкции и технологии изготовления, транзистор обладает заданными симметричными характеристиками в широком диапазоне стоковых отрицательных и положительных напряжений. На первый и второй входы ФД необходи15 МО подавать напряжение относительно большой амплитуды (порядка 5-10 В). Это свидетельствует о низкой чувствительности ФД, что накладывает ограничения на возможность использования схемы в портативной

2Q радиоаппаратуре. Кроме того, данный ФД не позволяет использовать типовые транзисторы.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в фазовый детектор, содержащий первый полевой транзистор, сток которого через первый конденсатор соединен с источником входного сигнала, исток подключен к общей шине, а затвор через второй конденсатор соединен с источником опорного сигнала, фильтр нижних частот, подключенный к стоку первого полевого транзистора, и первый резистор, подключенный одним выводом к затвору первого полевого транзистора, введены второй и третий полевые транзисторы, затвор и исток второго полевого транзистора соединены соответственно с затвором и истоком первого полевого транзистора, сток второго полевого транзистора соединен с истоком третьего полевого транзистора и через параллельно соединенные третий конденсатор и второй резистор подключен к одному полюсу источника питания, затвор третьего полевого транзистора подключен к делителю напряжения источника питания, а его сток - к другому выводу первого резистора и через третий резистор - к другому полюсу источника питания, при этом первый и второй полевые транзисторы имеют одинаковый тип проводимости, а третий - противоположный.,

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого фазового детектора.

Фазовый детектор содержит первый полевой транзистор 1, первый резистор 2, источник 3 входного сигнала, источник 4 опорного сигнала, общую щину 5, первый конденсатор 6, второй конденсатор 7, фильтр 8 нижних частот, один полюс 9 источника питания, выходную шину 10, второй полевой транзистор 11, третий полевой транзистор 12, второй резистор 13, третий конденсатор 14, третий резистор 15, делитель 16 напряжения источника питания, другой полюс 17 источника питания.

Фазовый детектор работает следующим образом.

Входной подлежащий детектированию сигнал поступает на обкладку конденсатора 6. В случае, если канал полевого транзистора 1 будет постоянно закрыт, то на противоположной обкладке конденсатора 6 будет действовать относительно обшей шины 5 симметричный синусоидальный сигнал, не содержащий постоянной составляющей. Если с помошью опорного напряжения источника 4, поданного через конденсатор 7 к затвору транзистора 1, управлять проводимостью канала этого транзистора так, чтобы канал в течение полупериода менее открывался, то конденсатор 6 будет дополнительно заряжаться, а постоянная составляющая напряжения, возникаюшая вследствие дополнительного заряда, будет через фильтр 8 поступать на выходную шину 10. Благодаря наличию фильтра 8 переменная составляющая на выходной шине 1 будет отсутствовать. В зависимости от фазовых соотношений сигнала и опорного напряжения выходное постоянное напряжение на щине 10 может иметь разный знак и величину.

Для периодического изменения проводимости канала полевого транзистора, обеспечивающего условия оптимального детектирования сигнала, можно ограничиться величиной опорного напряжения в 10-20 раз менее напряжения, действующего в схеме прототипа, при условии подачи на затвор полевого транзистора дополнительно постоянного напряжения смещения с точно подобранной его величиной и стабилизированной во времени.

При оптимальной величине напряжения смещения формируется периодическая проводимость канала полевого транзистора 1. Дополнительно введенный в схему второй полевой транзистор 11, который технологически изготавливается в паре с транзистором 1, имеет идентичные с ним характеристики.

При подаче напряжения смещения на затворы транзисторов 1 и 11 в цепи стока транзистора И, который через резистор 13 и конденсатор 14 подсоединен к одному полюсу (9) источника питания, будут протекать импульсы тока. Благодаря фильтрующему воздействию конденсатора 14, через резистор 13 будет протекать постоянная составляющая, величина которой находится в прямой зависимости от величины импульсов тока.

Величина стокового тока транзистора 12, протекающего через резистор 15 к другому полюсу 17 источника, равна раз15ости между общим током резистора 13, определяемого режимом транзистора 12, и постоянной составляющей стокового тока транзистора 11, стоковый ток транзистора 12 на резисторе 15 вызывает падение напряжения, которое через резистор 2 подается на затворы транзисторов 1 и 11.

Таким образом, в цепи затвор транзистора 11 - сток транзистора 11 - исток транзистора 12 - сток транзистора 12 - резистор 2 - затвор транзистора 11 существует отрицательная обратная связь, которая стабилизирует постоянную составляющую, а следовательно, величину импульсов и угол отсечки стокового тока транзистора 11. Благодаря стабилизации угла отсечки стокового тока транзистора стабилизируется и оптимальная форма кривой проводимости канала транзистора 1.

Благодаря периодическому изменению проводимости канала транзистора 1 кривая напряжения сигнала смещается на величину посто 1нной составляющей напряжения на конденсаторе 6. На выход фазового детектора- поступает только постоянная составляющая, переменная составляющая входного сигнала закорачивается через фильтр 8.

Величина и полярность выходного напряжения зависит от фазовых соотношений входного сигнала и опорного напряжения.

Наиболее эффективное применение предлагаемого ФД может найти для случая, когда частота детектируемого сигнала не равна, а кратна частоте опорного напряжения. Эффективность достигается за счет установления и автоматического поддержания малого угла отсечки стокового тока транзистора 11.

Угол отсечки стокового тока транзистора 11 выбирается такой величины, чтобы ширина импульсов кривой проводимости не превышала половину периода напряжения сигнала.

Благодаря введению третьего транзистора 12 с делителем 16 напряжения в цепи затвора, с нагрузочным резистором 15 и цепью, состоящей из резистора 13 и конденсатора 14, которая является общей как для истоковой цепи третьего транзистора 12, так и стоковой цепи второго транзистора 11, стабилизируется постоянная составляющая стокового тока второго транзистора 11. Кроме постоянной составляющей в цепи стока второго транзистора 11 благодаря наличию на его затворе опорного напряжения в цепи стока будет присутствовать переменная составляющая. Путем установления и стабилизации постоянной составляющей стокового тока определенной величины можно обеспечить форму стокового транзистора 11 в виде импульсов заданной щирины (не более полупериода напряжения сигнала). С другой стороны протекание стоковых импульсов можно рассматривать KaiK результат создания периодической проводимости канала под воздействием приложенных к затвору синусоидального и постоянного напряжений.

Поскольку первый транзистор 1 имеет такие же характеристики как и второй транзистор 11 и к его затвору приложены те же напряжения, что и к второму транзистору II, то проводимость затвора будет изменяться также периодически, тем самым создавая оптимальные условия для детектирования сигнала.

Благодаря введению третьего транзистора 12 при опорном напряжении, которое также поступает на затвор второго транзистора 11, величиной в 10-20 раз меньше чем в прототипе, можно автоматически поддерживать постоянную составляющую стокового тока второго транзистора 11 такой величины, чтобы длительность импульсов тока не превышала полупериода напряжения сигнала и, следовательно, время нахождения канала транзистора 1 в проводящем состоянии также не превыщало полупериода напряжения сигнала. Уменьшение опорного напряжения влечет повышение чувствительности ФД.

Формула изобретения

Фазовый детектор, содержащий первый полевой транзистор, сток которого через первый конденсатор соединен с источником входного сигнала, исток подключен к общей шине, а затвор через второй конденсатор соединен с источником опорного сигнала, фильтр нижних частот, подключенный к стоку первого полевого транзистора, и первый резистор, подключенный одним выводом к затвору первого полевого транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены второй и третий полевые транзисторы, затвор и исток второго полевого транзистора соединены соответственно с затвором и истоком первого полевого транзистора, сток второго полевого транзистора соединен с истоком третьего полевого транзистора и через параллельно соединенные третий конденсатор и второй резистор подключен к одному полюсу источника питания, затвор третьего полевого транзистора подключен к делителю напряжения источника питания, а его сток - к другому выводу первого резистора и через третий резистор - к другому полюсу источника питания,при этом первый и второй полевые транзисторы имеют одинаковый тип проводимости, а третий - противоположный. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3659210, кл. 328-134, опублик. 1972.

2.Патент США № 3233122, кл. 307-88.5, 1966, фиг. 5 (лрототип). O