Синхронный детектор

 

",";11в";СМАК

Оп ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик „,720682

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.07.77 (21) 2511321/18-09 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл

Н 03 D 3/18

Гвсударствениый ксмнтет

СССР (53) УДК 621.376..23 (088.8) Опубликовано 05.03.80. Бюллетень №9

Дата опубликования описания 15.03.80 пс делам изобретений н сткрытнй (72) Авторы изобретения

В. Г. Коротаев и М. Ю. Сурма (71) Заявитель (54) СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР

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 5 отрицательной обратной связью и резистором, 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 (1).

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

Цель изобретения — расширение 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 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, 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. R — эквивалентные схемы входной цепи детектора; на фиг. о — вольтамперные характеристики управляемого ключа и резистора; на фиг. 4 — передаточные х арактеристики ЗА = 1()ах), где И „ и — напряжение на конденсаторе, U sx — входной сигнал.

Синхронный детектор содержит резисторы 1, 2, управляемые ключи на транзисторах 3, 4, конденсатор 5, дополнительный резистор 6, резисторы 7, 8, 9, отрицатель720682 ную 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 6 — транзистор 4; при сме- не фазы опорного напряжения (транзистор 3 открыт, транзистор 4 закрыт) ток заряда идет по цепи транзистор 3 — конденсатор 51О резистор 6 — резистор 2 — Ug При этом форма кривых зарядного тока конденсатора 5 в оба полупериода опорного напряжения идентична. По истечению времени переходного процесса, определяемого величи-

При смене фазы входного сигнала на

180 меняется знак напряжения на обкладках конденсатора 5.

При замыкании транзисторов 3 или 4 конденсатор 5 попеременно разными обклад- д ками через резисторы 6, 8 и 6, 7 соответственно, подключается к неинвертирующему и инвертирующему входам операционного усилителя 11. При этом выходной сигнал демодулятора U получается однополярным. зо

Коэффициент передачи по инвертирующему входу й4O а по неинвертирующему

R9 (ЮО+ A7) 3S

K)4 = — — —— (йб+ йВ+ RQ) R7 где R6, R7, R8, R9, R10 — сопротивления резисторов 6, 7, 8, 9, 10.

Эти соотношения служат основой для определения номиналов резисторов 6, 7, 8, 9, 10 исходя из условия Ки = Ки.

При выполнении условия -ф = о (и при пренебрежении величиной R6) н R8 1 й7 97 )р дрр рр ""1 . 4s

89 AIO

Из эквивалентных схем фиг. 2а, 2б следует, что резисторы 1, 2, 6, 7, 8, 9, при обычном выборе номиналов R1 = R2 = R7=

= R8 + R9, и конденсатор 5 образуют по so отношению к точкам соединений резисторов 1, 7 и 2, 8 RC-фильтр с передаточной характеристикой

К т 1 1+TIP

1+Т Р

ss где P — оператор Лапласа;

T < = C R6; Т р — — (ф + R6) C.

Полагая К6«ф, то есть Tq<

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 ) и Т, величины которых выбирают исходя из требований на полосу частот полезного сигнала.

При условиях отсутствия шума и нулевом сдвиге фазы входного синусоидального сигнала относительно опорного напряжения, величина сигнала на конденсаторе 5 уменьшается в 1,57 раза относительно амплитуды

Us)(за счет подавления несущей частоты, что соответствует расширению динамического диапазона демодулятора приблизительно на 4 дБ.

Эффект расширения динамического диапазона усиливается при демодулировании сигналов с шумом 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 ht на цепь, состоящую из последовательно соединенных открытых транзисторов 3, 4 и резистора 6, где М вЂ” время одновременного нахождения транзисторов 3 и 4 в открытом состоянии.

Напряжение на конденсаторе 5 уменьшается за счет разряда на величину

Л11 — ——

144 t

С где i — ток разряда конденсатора 5;

С вЂ” величина емкости конденса1орка 5;

Величина AU в каждой точке характеристики U ) = f (Us() определяется током разряда i, который зависит от вида вольтамперной характеристики цепи разНа фиг. 3 привкеденыивольтамйер ые характеристики двух -последовательно соединенных открытых транзисторов (3,4) — 1 2, резистора (6) — 13 и вольтамперная характеристика цепи из последовательно соединенных открытых транзисторов (3,4) и резистора (6) — )4.

Используя эти характеристики можно построить передатопные характерист1ки исде720682

5 тектора. Для этого по характеристикам фиг. 3 определяют величину тока разряда емкости i, а через него по формуле, приведенной выше, величину МЗ.

На фиг. 4 приведены идеализированная передаточная характеристика 15 (5t = О), п ередаточная характеристика 16, соответствующая цепи, где величина резистора 6 равна нулю, и передаточная характеристика

17, соответствующая наличию резистора 6.

:--:..Из кривых видно, что отсутствие резистора 6 приводит к существенной нелинейности характеристики 3конд= 1(ив„) (а значит, и передаточной характеристики детектора) в области малых входных сигналов.

Введение RC цепи выгодно отличает предложенный синхронный детектор от известного, так как упрощает устройства для обр аботки амплитудно-фазо модулированных сигналов с высоким уровнем шумов.

Формула и=-обретения

Синхронный детектор, содержащий операционный усилитель с резистивной отрицательной обратной связью и резисторо.;1, 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

10 противофазно управляемые ключи, отличаюи ийся 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 информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ж. Марше. Операционные усилители и их применение Л., «Энергия», 1974, с. 88, zo рис. 5 — 60 (прототип) .

720682 /конг с

Составитель А. Меньшикова,,,,.

Редактор А. Гельфмай Техред К. Шуфрич Корректор М. Демчик

Заказ 10243 47 Тираж 995 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по- делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП сПатент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4