Фазовый детектор на встречно-включенных диодах

Фазовый детектор на встречно-включенных диодах
(продолжение)

к.т.н., доцент Петров Евгений Федорович

к.т.н. РОЗОВ Андрей Валентинович

IV.   Выбор типа и параметров фильтра нижних частот.

     Как видно из (10) коэффициент передачи фазового детектора Kд прямо пропорционален волновому сопротивлению фильтра НЧ, стоящего в его нагрузке. Отсюда, с точки зрения повышения Kд волновое сопротивление фильтра следует увеличивать. Однако при увеличении волнового сопротивления при заданной полосе пропускания уменьшаются емкости фильтра и увеличиваются его индуктивности. Это обстоятельство , с одной стороны, препятствует физической реализуемости фильтра, а с другой - понижает стабильность его характеристик, т.е. паразитные емкости схемы, а также входные и выходные емкости предыдущего и последующего каскадов становятся соизмеримы с емкостями фильтра. С учетом вышеизложенного, волновое сопротивление фильтра выбирается из компромиссных соображений.

     Тип реализации ФНЧ может быть Чебышевский или Баттервортовский.

     Первый тип обеспечивает лучшее подавление за полосой пропускания и имеет более крутой срез частотной характеристики, но при этом обладает большей неравномерностью в полосе пропускания.

     Второй  тип реализации ФНЧ предпочтительнее для обеспечения высокой равномерности АЧХ в полосе пропускания и малого разброса (<1%) частотных характеристик в многоканальных системах. Однако для обеспечения высокого подавления в полосе заграждения при подобной реализации необходимо увеличивать порядок фильтра. В данном случае порядок фильтра выбирается из требуемого подавления напряжения опорного сигнала, которое определяется заданным динамическим диапазоном фазового детектора.

 Расчет требуемого подавления опорного сигнала.

      Пусть Uс max - максимальное (линейное) напряжение сигнала на выходе ФНЧ фазового детектора, а K - коэффициент усиления последующих усилителей (например, до входа АЦП). Тогда напряжение сигнала на входе АЦП (максимальное)

     Если D - заданный динамический диапазон, то его нижняя граница равна

     Полагая, что нижняя граница динамического диапазона при заданном соотношении сигнал-шум определяется в равной степени уровнем собственного шума и просачивающимся напряжением опорного сигнала, то его допустимый уровень на входе АЦП равен

     Если напряжение опорного сигнала на фазовом детекторе равно U_mo, то требуемое его подавление

       (14)

     Например, если U_{с max}=60 мВ, динамический диапазон D - 60 дБ, напряжение опорного сигнала U_mo= 0,85 В и γ=1, то требуемое подавление (14) составляет 89 дБ.

      Подобное подавление опорной частоты обеспечивает фильтр 8-го ... 9-ого  порядка.

     Конфигурация звеньев ФНЧ может быть двух  типов, рис.10.

     Выбор типа конфигурации звена определяется способом подачи опорного напряжения на диоды фазового детектора. При подаче опорного напряжения по схеме рис. 11а, т. е. в той же точке схемы, где прикладывается напряжение сигнала, входным элементом ФНЧ должна быть емкость, чтобы все высокочастотное напряжение прикладывалось к диодам.

     При подаче опорного напряжения по схеме рис. 11б первым элементом фильтра должна быть индуктивность (внутреннее сопротивление источника опорного напряжения на частоте сигнала должно быть близким к нулю).

     В случае широкополосного сигнала, т.е. когда верхняя частота фильтра близка к частоте опорного сигнала, реализация ФНЧ с заданным подавлением опорного напряжения осуществляется с большими трудностями. Для ослабления требований к ФНЧ и обеспечения требуемого подавления опорного сигнала фазовый детектор в этом случае может бытьвыполнен по балансной схеме, рис.12.

     Ввиду того, что при таком включении происходит подавление опорного сигнала, уменьшается число звеньев ФНЧ и возможно применение Баттервортовской реализации. Однако в этой схеме необходимо применение четырех диодов  с достаточно идентичными параметрами, что на относительно невысоких частотах выполняется путем использования транзисторных матриц в полупроводниковом исполнении. На высоких частотах необходим подбор диодов. Кроме этого, в этой схеме требуется вдвое мощный источник опорного сигнала.

V. Экспериментальное исследование фазового детектора на встречно-включенных диодах.

     Экспериментальные исследования проводились с фазовым детектором по схеме рис. 13.

     Входной сигнал с частотой fc=20 МГц с параллельного контура L1C1 подается на нелинейный элемент фазового детектора, который  представляет собой два встречно-включенных диода (использована транзисторная матрица 159НТ1Е, транзисторы которой работают в диодном включении). Напряжение опорного сигнала подается черех разделительный конденсатор С3. Элементы L2-L4, C4-C6, R1, R2 образуют баттервортовский ФНЧ 6-ого порядка с частотой среза f_ср=1,2 МГц. Частота опорного сигнала равна 10 МГц.

          Как было показано выше существует оптимальное значение амплитуды опорного напряжения, при котором коэффициент передачи детектора достигает максимального значения. Для данной схемы Uо опт=850 мВ при t=20град. Максимальный допустимый сигнал по входу равен 270 мВ. Коэффициент передачи фазового детектора  Kд= 0,4

Начало статьи