Kluczowy detektor synchroniczny. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Projektant radioamatorów

 Komentarze do artykułu

Zasadę działania detektora synchronicznego klucza ilustruje rys. jeden.

Rys.. 1

Urządzenie posiada wejście różnicowe. Dwa równe wykryte sygnały są podawane w przeciwfazie do szybkiego przełącznika elektronicznego. Dla uproszczenia na ryc. 1 przełącznik jest pokazany jako mechaniczny. Założymy, że jest idealny, tzn. przełączenie następuje natychmiastowo, a jego rezystancja w stanie zamkniętym wynosi zero. Pracą wyłącznika steruje się sygnałem, powszechnie nazywanym sygnałem odniesienia. Niech sygnał odniesienia steruje pracą wyłącznika tak, aby jego ruchomy styk był zawsze podłączony do wejścia, które aktualnie ma napięcie dodatnie. Jest to możliwe, jeśli sygnał referencyjny jest zsynchronizowany z wykrywanym, dlatego detektor ten nazywany jest synchronicznym. Dla pewności warto wprowadzić pojęcie kąta przesunięcia fazowego j pomiędzy sygnałem wykrytym a sygnałem odniesienia, w tym przypadku j = 0. Na wyjściu przełącznika otrzymujemy sygnał zgodny kształtem z pełnym sygnał prostowany falowo. Ponadto sygnał ten przechodzi przez obwód całkujący RC, który wygładza tętnienie wyprostowanego napięcia. Na wyjściu łańcucha napięcie będzie równe 2 / PI * Uc.

Rektyfikacja nastąpiła bez udziału elementów nieliniowych. Tutaj znajdujemy pierwszą niezwykłą właściwość detektora synchronicznego - zdolność do liniowej detekcji przy dowolnej amplitudzie wykrytego sygnału. Dzięki temu jest niezwykle atrakcyjny w wielu zastosowaniach. Niestety, nie zawsze jest możliwe zaimplementowanie synchronicznego sygnału odniesienia.

Jeśli faza sygnału odniesienia zostanie zmieniona o 180°, wówczas napięcie wyjściowe zmieni polaryzację, ponieważ przełącznik będzie przechodził tylko przez ujemne półfale napięcia wejściowego. Jeżeli przesunięcie fazowe wynosi 90°, wówczas przełącznik będzie przepuszczał zarówno półfale dodatnie, jak i ujemne, jak widać na rys. 1. Na wyjściu łańcucha całkującego sygnał będzie wynosić zero. Analiza obwodu urządzenia z dowolnym przesunięciem fazowym prowadzi do wniosku, że sygnał na wyjściu układu całkującego wynosi w tym przypadku 2/PI*Uccos(f). Drugą niezwykłą właściwością detektora synchronicznego są jego właściwości fazowe. Może pracować jako detektor fazy.

Rozważmy jedno z zastosowań takiego detektora fazy. Jeżeli oprócz tego detektora synchronicznego, który wyprowadza sygnał 2/PI*Uccos(f), zastosujemy jeszcze jeden taki sam detektor, którego faza sygnału odniesienia jest dodatkowo przesunięta o 90°, to sygnał przy wyjście tego dodatkowego detektora będzie równe 2/PI*Ucsin (f). Dzięki temu możliwe staje się oddzielenie aktywnej i reaktywnej składowej sygnału.

Następnie rozważmy działanie detektora synchronicznego w trybie asynchronicznym. Niech Fc będzie częstotliwością wykrywanego sygnału, F0 częstotliwością sygnału odniesienia, wówczas przesunięcie fazowe pomiędzy tymi sygnałami będzie równe j = (Fc - F0)t. W rezultacie na wyjściu detektora synchronicznego nie jest napięcie stałe, ale napięcie przemienne o częstotliwości różnicowej. Jednakże napięcie to uzyskiwane jest na wyjściu obwodu całkującego RC, co zmniejsza wielkość amplitudy napięcia wraz ze wzrostem częstotliwości różnicowej. Całkowita wartość napięcia na wyjściu detektora synchronicznego jest określona przez wyrażenie

Zależność częstotliwościowa amplitudy tego sygnału jest taka sama jak w przypadku konwencjonalnego obwodu oscylacyjnego o współczynniku jakości Q = F0RC, szerokości pasma df = 1/(PI*RC) i częstotliwości rezonansowej F0. Istnieje jednak znacząca różnica jakościowa. Gdy mamy do czynienia z obwodem oscylacyjnym, częstotliwość na jego wyjściu jest zawsze równa częstotliwości przyłożonego sygnału. W przypadku detektora synchronicznego częstotliwość sygnału wyjściowego jest równa różnicy pomiędzy częstotliwościami sygnału odniesienia i wykrywanego. Obwód oscylacyjny ma pojedynczą częstotliwość rezonansową, podczas gdy detektor synchroniczny wykazuje maksima rezonansowe dla wszystkich nieparzystych harmonicznych częstotliwości sygnału odniesienia.

Na ryc. Rysunek 2 przedstawia odpowiedź częstotliwościową detektora synchronicznego ze współczynnikiem jakości 100. Rezonanse obserwuje się przy częstotliwości zerowej, częstotliwości pokrywającej się z częstotliwością sygnału odniesienia, potrójnej częstotliwości i wszystkich dalszych nieparzystych harmonicznych sygnału odniesienia. konieczne jest umieszczenie przed detektorem synchronicznym konwencjonalnego systemu selektywnego częstotliwościowo, który tłumi niepożądane pasma. Trzecią niezwykłą właściwością detektora synchronicznego jest jego selektywność częstotliwościowa.

Rys.. 2

Jeżeli detektor synchroniczny pracuje w trybie synchronicznym i wykrywa sygnał zmodulowany, dla wykrytego sygnału prezentowane są jego właściwości selektywne częstotliwościowo. Szerokość pasma detektora synchronicznego dla wykrytego sygnału jest zmniejszona o połowę:

df = 1/(2*PI*RC)

Współczynnik jakości i szerokość pasma detektora synchronicznego można niezwykle łatwo zmienić, dobierając parametry toru RC. Można uzyskać zarówno bardzo niski współczynnik jakości i szerokie pasmo, jak i wyjątkowo wysoki współczynnik jakości i wąskie pasmo. Na przykład przy częstotliwości 1 MHz przy rezystancji 1 MΩ i pojemności 1 μF otrzymujemy współczynnik jakości 6,28 * 106 i szerokość pasma 0,3 Hz. Takiego współczynnika jakości nie można uzyskać nawet przy dobrym rezonatorze kwarcowym. Tymczasem osiągalna jest szerokość pasma nawet 0,001 Hz. Jednak tak egzotyczna szerokość pasma może być wymagana tylko przy pomiarze wyjątkowo słabych sygnałów.

Rys.. 3

Właściwości selektywne częstotliwościowo detektora synchronicznego można znacznie poprawić, stosując filtr dolnoprzepustowy wyższego rzędu zamiast całkującego obwodu RC. Tak więc, stosując filtr drugiego rzędu, można uzyskać taką samą charakterystykę częstotliwościową, jak w przypadku użycia filtra z dwoma sprzężonymi obwodami do wyboru częstotliwości. Filtr czwartego rzędu da taki sam efekt jak filtr selekcji skupionej z czterema pętlami. Na ryc. 3 pokazuje przykład obwodu filtra aktywnego drugiego rzędu, który można zastosować zamiast sieci integrującej RC.

Przepustowość takiego filtra wynosi

df=1/(2*PI/RC)

Detektor synchroniczny jest najczęściej używany w trybie synchronicznym. Aby to zrobić, konieczne jest posiadanie synchronicznego sygnału odniesienia. Jeśli detektor jest częścią jakiegoś zamkniętego kompleksu pomiarowego, to zazwyczaj nie ma problemu z utworzeniem synchronicznego sygnału odniesienia. Trudności pojawiają się przy wykrywaniu sygnałów pochodzących z zewnątrz, na przykład sygnałów radiowych. W telewizji jako odniesienie używana jest wybrana częstotliwość nośna sygnału obrazu. Do odbioru programów sygnał referencyjny można zorganizować za pomocą PLL. Aby rozwiązać ten problem, produkowane są specjalistyczne układy scalone.

W trybie asynchronicznym wyjściem jest sygnał o częstotliwości różnicowej. Jeśli nie jest to pożądane, możesz postępować w następujący sposób. Konieczne jest zastosowanie dwóch detektorów synchronicznych, których sygnały odniesienia są przesunięte o 90°. Sygnały uzyskane na wyjściach tych detektorów należy podnieść do kwadratu i dodać. Następnie weź pierwiastek kwadratowy z otrzymanej sumy. Rezultatem jest sygnał, który nie zawiera częstotliwości różnicowej:

Łatwo jest zrealizować klasyczny synchroniczny obwód detektora za pomocą dwóch przełączników analogowych (rys. 4).

Rys.. 4

Detektor taki może pracować na częstotliwościach do 1 MHz. Razem z układami kształtującymi sygnały wejściowe i referencyjne, urządzenie okazuje się nieco kłopotliwe. Dlatego czasami możesz preferować prostszą opcję zgodnie ze schematem na ryc. 5.

Rys.. 5

Taki detektor działa w następujący sposób. Załóżmy, że przełącznik jest otwarty dla wejść ujemnych i zamknięty dla wejść dodatnich. Gdy przełącznik jest otwarty, mamy wzmacniacz odwracający o wzmocnieniu -1, a ujemne napięcie wejściowe na wyjściu wzmacniacza operacyjnego staje się dodatnie. Jeśli klucz zostanie zamknięty, urządzenie nabywa własność wzmacniacza. W rezultacie na wyjściu wzmacniacza operacyjnego uzyskuje się wyprostowany sygnał pełnookresowy. W pozostałych fazach operacji klucza uzyskujemy te same sygnały wyjściowe, co w klasycznym kluczowym detektorze synchronicznym. Ta opcja ma znacznie niższą prędkość w porównaniu do poprzedniej, można jej używać przy częstotliwości do 10 kHz.

Najszybszy kluczowy detektor synchroniczny można uzyskać na podstawie mnożnika sygnału. Zasada jego działania jest prosta. Jeżeli sygnał wykryty i sygnał odniesienia mają ten sam znak, to po pomnożeniu otrzymujemy sygnał dodatni, który zachowuje kształt wykrytego sygnału. Przemysł produkuje wiele odmian powielaczy sygnału. Tylko niektóre z nich mają możliwość zwielokrotniania sygnałów analogowych (np. K525PS2) i na ich podstawie można stworzyć obwód kluczowego detektora synchronicznego o właściwościach klasycznego detektora. Większość powielaczy sygnału jest wykorzystywana zgodnie z ich przeznaczeniem jako przetwornice częstotliwości w radiowych urządzeniach odbiorczych (często określanych tam mianem „miksera podwójnie zbalansowanego”). Można je również stosować jako detektor synchroniczny, jednak sygnał wyjściowy jest różnicowy, z dodatkiem pewnej składowej stałej, która może później wymagać usunięcia. Schemat możliwego wariantu detektora synchronicznego przedstawiono na rys. 6. XNUMX.

Rys.. 6

Detektor pracuje do częstotliwości 1 MHz. Przy wyższych częstotliwościach pojawiają się trudności z utworzeniem prostokątnego sygnału odniesienia, który powinien mieć amplitudę około 1 V. Rezystor trymera w przypadku braku wykrytego sygnału ustawia napięcie zerowe na wyjściu. Wadą urządzenia jest zależność napięcia wyjściowego od amplitudy odniesienia.

Detektor ten pracuje jako detektor synchroniczny i z sinusoidalnym sygnałem odniesienia do częstotliwości kilkuset megaherców, ale nie będzie to już kluczowy detektor synchroniczny, a detektor synchroniczny na mnożniku. Rzeczywiście, przy mnożeniu sygnałów

Uccos(Ft + f) i Uccos(Ft) otrzymujemy

1/2*U0Uc[cos(f)+cos(2Ft+f)]

Drugi sygnał o podwójnej częstotliwości jest tłumiony przez układ scalony na wyjściu detektora, opuszczając go

1/2U0Ucco(f).

Jakościowo taki sam wynik jak w kluczowym detektorze synchronicznym, ale teraz istnieje zależność od wartości sygnału odniesienia, co nie jest zbyt dobre dla obwodów pomiarowych.

literatura:

1. J.Max. Metody i techniki przetwarzania sygnałów w pomiarach fizycznych. - Moskwa, Mir, 1983, t. 2, s. 5. 21-XNUMX.
2. VS. Gutnikow. Zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych w technice pomiarowej. - Moskwa, Energia, 1975, s. 78. 79. XNUMX.

Autor: Henry Petin

Zobacz inne artykuły Sekcja Projektant radioamatorów.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi 05.05.2024

Współczesny świat nauki i technologii rozwija się dynamicznie i każdego dnia pojawiają się nowe metody i technologie, które otwierają przed nami nowe perspektywy w różnych dziedzinach. Jedną z takich innowacji jest opracowanie przez niemieckich naukowców nowego sposobu sterowania sygnałami optycznymi, co może doprowadzić do znacznego postępu w dziedzinie fotoniki. Niedawne badania pozwoliły niemieckim naukowcom stworzyć przestrajalną płytkę falową wewnątrz falowodu ze stopionej krzemionki. Metoda ta, bazująca na zastosowaniu warstwy ciekłokrystalicznej, pozwala na efektywną zmianę polaryzacji światła przechodzącego przez falowód. Ten przełom technologiczny otwiera nowe perspektywy rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń fotonicznych zdolnych do przetwarzania dużych ilości danych. Elektrooptyczna kontrola polaryzacji zapewniona dzięki nowej metodzie może stanowić podstawę dla nowej klasy zintegrowanych urządzeń fotonicznych. Otwiera to ogromne możliwości dla ... >>

Klawiatura Primium Seneca 05.05.2024

Klawiatury są integralną częścią naszej codziennej pracy przy komputerze. Jednak jednym z głównych problemów, z jakimi borykają się użytkownicy, jest hałas, szczególnie w przypadku modeli premium. Ale dzięki nowej klawiaturze Seneca firmy Norbauer & Co może się to zmienić. Seneca to nie tylko klawiatura, to wynik pięciu lat prac rozwojowych nad stworzeniem idealnego urządzenia. Każdy aspekt tej klawiatury, od właściwości akustycznych po właściwości mechaniczne, został starannie przemyślany i wyważony. Jedną z kluczowych cech Seneki są ciche stabilizatory, które rozwiązują problem hałasu typowy dla wielu klawiatur. Ponadto klawiatura obsługuje różne szerokości klawiszy, dzięki czemu jest wygodna dla każdego użytkownika. Chociaż Seneca nie jest jeszcze dostępna w sprzedaży, jej premiera zaplanowana jest na późne lato. Seneca firmy Norbauer & Co reprezentuje nowe standardy w projektowaniu klawiatur. Jej ... >>

Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie 04.05.2024

Odkrywanie kosmosu i jego tajemnic to zadanie, które przyciąga uwagę astronomów z całego świata. Na świeżym powietrzu wysokich gór, z dala od miejskiego zanieczyszczenia światłem, gwiazdy i planety z większą wyrazistością odkrywają swoje tajemnice. Nowa karta w historii astronomii otwiera się wraz z otwarciem najwyższego na świecie obserwatorium astronomicznego - Obserwatorium Atacama na Uniwersytecie Tokijskim. Obserwatorium Atacama, położone na wysokości 5640 metrów nad poziomem morza, otwiera przed astronomami nowe możliwości w badaniu kosmosu. Miejsce to stało się najwyżej położonym miejscem dla teleskopu naziemnego, zapewniając badaczom unikalne narzędzie do badania fal podczerwonych we Wszechświecie. Chociaż lokalizacja na dużej wysokości zapewnia czystsze niebo i mniej zakłóceń ze strony atmosfery, budowa obserwatorium na wysokiej górze stwarza ogromne trudności i wyzwania. Jednak pomimo trudności nowe obserwatorium otwiera przed astronomami szerokie perspektywy badawcze. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Hemoglobina występująca w ludzkiej skórze 01.12.2023 Zespół naukowców z Centrum Integracyjnych Nauk Medycznych RIKEN dokonał ważnego odkrycia, znajdując hemoglobinę w komórkach górnej warstwy ludzkiej skóry. Białkowi temu, wcześniej znanemu wyłącznie we krwi, obecnie przypisuje się rolę protektora, zdolnego chronić komórki skóry przed działaniem promieniowania ultrafioletowego. Odkrycie hemoglobiny w komórkach skóry poszerza naszą wiedzę na temat mechanizmów ochronnych tego narządu i otwiera nowe perspektywy rozwoju środków ochrony przed szkodliwym wpływem środowiska. Naukowcy przeanalizowali substancje wydzielane przez komórki różnych warstw skóry ludzi i myszy, aby zrozumieć, w jaki sposób narząd ten chroni się przed wpływami środowiska. Badanie wykazało, że keratynocyty tworzące górną warstwę skóry wykazują ekspresję genów hemoglobiny zarówno u ludzi, jak i gryzoni. Stres oksydacyjny, spowodowany uszkodzeniem komórek przez reaktywne formy tlenu, może prowadzić do powstawania hemoglobiny nie tylko we krwi. Promieniowanie ultrafioletowe, zwłaszcza promienie typu A, które odpowiadają za 95% promieniowania słonecznego na Ziemi, aktywuje ekspresję genów hemoglobiny w keratynocytach. Potwierdza to ochronną funkcję hemoglobiny, prawdopodobnie mającą na celu zapobieganie ekspozycji na promienie ultrafioletowe. Badanie na myszach, u których zablokowano ekspresję hemoglobiny, wykazało znacząco podwyższony poziom reaktywnych form tlenu w keratynocytach po napromienianiu, potwierdzając ważną ochronną rolę tego białka w skórze.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Jeden foton dzieli się na trzy splątane pojedyncze fotony

▪ System skanowania XNUMXD

▪ Huawei Ascend P1 to najcieńszy smartfon

▪ Podwójny odtwarzacz multimedialny

▪ Odporność działa w zależności od pory roku

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Życie niezwykłych fizyków. Wybór artykułów

▪ artykuł Pindara. Słynne aforyzmy

▪ artykuł Jakie formy życia mogą wytrzymać przeciążenie setek tysięcy g? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Dolina Glen More. Cud natury

▪ artykuł Włączenie trójfazowego silnika elektrycznego do sieci jednofazowej. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Urządzenie do testowania modułów LCD oparte na kontrolerze HD44780. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024