Частотный детектор

В настоящее время на подобном принципе работает большинство микросхем однокристальных ЧМ приемников. В качестве примера можно назвать микросхемы К174ХА26, MC3361, MC3371, SA616. Эти же микросхемы могут применяться и в составе более качественной аппаратуры при условии реализации первых усилительных каскадов приемника на более высококачественной элементной базе. Пример применения микросхемы SA616 в качестве тракта второй промежуточной частоты радиостанции был рассмотрен нами в статье УПЧ ЧМ

В ряде случаев для частотного детектирования применяется схема фазовой автоподстройки частоты. Она позволяет при малых затратах получить высокие качественные параметры частотного детектора в целом. Структурная схема подобного детектора приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Структурная схема частотного детектора реализованного на ФАПЧ

В данной схеме генератор подстраивается под частоту входного сигнала. На выходе фазового детектора вырабатывается сигнал ошибки подстройки частоты. Этот сигнал пропорционален девиации частоты входного частотно-модулированного сигнала. Фильтр низких частот определяет полосу захвата цепи ФАПЧ.

Рассмотрение на примере видеомагнитофона «Электроника-501».

Известна схема частотного демодулятора, используемая в бытовом черно-белом видеомагнитофоне "Электроника-501" (В. Белкин и др. Справочник радиолюбителя-конструктора. М. : Радио и связь, 1984, с. 260, рис. 6.16. Для детектирования частотно-модулированного сигнала с девиацией частоты в пределах 3,8. . . 4,8 МГц в детекторе использовано явление запаздывания спадания тока в коллекторной цепи биполярного транзистора, периодически открываемого и закрываемого импульсами сигнала, поступающего на базу через два диода с половинок симметричной вторичной обмотки трансформатора. С резистивной нагрузки в коллекторной цепи транзистора демодулированный сигнал вместе с импульсами мешающего напряжения, имеющего удвоенную частоту несущей видеосигнала, усиливается с переворотом фазы, корректируется, а затем проходит фильтр нижних частот для удаления мешающего высокочастотного сигнала.

В частотном детекторе цветного видеомагнитофона "Электроника-508", для демодуляции используется симметричная схема на двух биполярных транзисторах, базы которых подключены к симметричной вторичной обмотке трансформатора, коллекторы подключены к общему резистору нагрузки, а эмиттеры - через переменный регулировочный и через постоянные резисторы к общему проводу. Средний вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к источнику опорного напряжения, служащего для закрытия транзисторов. Транзисторы открываются поочередно напряжениями сигнала, поступающими с вторичной обмотки трансформатора, так что в резисторе, являющемся общей нагрузкой для их коллекторных цепей, протекают импульсы тока с удвоенной частотой несущей. Затягивания спаданий тока, вызванные процессами, идущими в биполярных транзисторах, при изменениях частоты несущей приводят к изменениям среднего тока через нагрузочный резистор, повторяющим изменения тока видеосигнала, модулировавшего несущую при записи на видеоленту. Вместе с видеосигналом с размахом около 0,8 В на резисторе присутствует приблизительно такой же величины сигнал частотой, равной удвоенной частоте несущей, что дает помеху, наблюдаемую на воспроизводимом изображений, особенно на цветном несмотря на функционирование фильтра нижних частот.

Помимо невысокой помехозащищенности недостатками демодулятора цветного видеомагнитофона также являются его невысокая селективность, что выражается в малой различимости мелких деталей воспроизведенного на экране телевизора изображения, и его относительно невысокая чувствительность в рабочем интервале девиации частоты несущей наряду с заметной чувствительностью на высших составляющих несущей, что ведет к появлению на изображении белых горизонтальных полос при включениях компенсатора выпадений воспроизводимого сигнала, обогащающего сигнал высокочастотными составляющими.

Целью изобретения является устранение недостатков.

Это достигается тем, что в частотный детектор, содержащий первый и второй биполярные транзисторы одной проводимости, эмиттеры которых соединены через резисторы с общим проводом, коллекторы подключены к общему первому нагрузочному резистору, а базы - к выводам симметричной вторичной обмотки входного трансформатора, средний вывод которой подключен к источнику опорного напряжения, а также третий биполярный транзистор той же проводимости, база которого соединена через первый и второй диоды с базами первого и второго биполярных транзисторов, коллектор подключен к нагрузочному резистору, а эмиттер через второй резистор соединен с общим проводом, база третьего биполярного транзистора подключена к дополнительно введенному первому резистивному делителю - источнику напряжения смещения третьего биполярного транзистора, открывающего первый и второй диоды, а эмиттер соединен дополнительно с общим проводом через первый конденсатор, что повышает чувствительность при демодуляции сигнала третьим биполярным транзистором, - а также тем, что к базе и эмиттеру третьего биполярного транзистора подключен диод, открытый за счет напряжения смещения на транзисторе, и тем, что введены четвертый, пятый, шестой и седьмой биполярные транзисторы противоположной проводимости, причем эмиттеры четвертого и пятого соответственно соединены с базами, а коллекторы - с эмиттерами первого и второго биполярных транзисторов, эмиттеры и коллекторы шестого и седьмого соответственно соединены с базами и коллекторами четвертого и пятого биполярных транзисторов, а базы соответственно через второй и третий конденсаторы соединены с эмиттерами пятого и четвертого биполярных транзисторов и через третий и четвертый резисторы - с введенным вторым резистивным делителем.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого частотного детектора; на фиг. 2-5 - соответственно временные диаграммы коллекторных токов первого, второго и третьего транзисторов и напряжений на нагрузочном резисторе при неменяющейся частоте несущей, входного частотно-модулированного сигнала и выходного видеосигнала.

С выводов вторичной обмотки входного трансформатора 1 частотного детектора, симметричный сигнал поступает на базы первого 2 и второго 3 биполярных транзисторов, эмиттеры которых через средний вывод регулировочного резистора 4 и через резисторы 5 и 6 соединены с общим проводом частотного детектора через первый и второй диоды 7 и 8 базы первого 2 и второго 3 биполярных транзисторов соединены с базой третьего биполярного транзистора 9; 10 и 11 - резисторы дополнительно введенного первого резистивного делителя, с помощью которого подается напряжение смещения на транзистор 9 и отпираются диоды 7 и 8; 12 и 13 - соединенные параллельно конденсатор и резистор, через которые эмиттер транзистора 9 подключен к общему проводу; 14-17 - соответственно четвертый, пятый, шестой и седьмой биполярные транзисторы противоположной проводимости, причем четвертый 14 и пятый 15 транзисторы замыкают между собой базы и эмиттеры соответственно первого 2 и второго 3 транзисторов, а шестой 16 и седьмой 17 транзисторы соответственно управляют работой транзисторов 14 и 15, причем на базы биполярных транзисторов 16 и 17 сигналы поступают соответственно через конденсаторы 18 и 19 с баз второго 3 и первого 2 биполярных транзисторов, а закрывающее транзисторы 16 и 17 напряжение смещения подается на их базы соответственно через резисторы 20 и 21 с введенного второго резистивного делителя 22; 23 - третий диод, открытый напряжением смещения на третьем биполярном транзисторе 9; 24 и 25 - соответственно резистор и стабилизирующий напряжение диод источника опорного напряжения, запирающего первый 2 и второй 3 биполярные транзисторы, 26 - нагрузочный резистор, собирающий коллекторные токи транзисторов 2, 3 и 9, с которого напряжение видеосигнала поступает на выход частотного детектора. Соединением резисторов 11 и 22 первого и второго делителей со стабилизирующим диодом 25 источника опорного напряжения достигается относительная стабилизация величин постоянных напряжений на выходах первого и второго делителей.

Воспроизведенный с видеоленты и усиленный приблизительно до 1 В частотно-модулированный сигнал через трансформатор 1 поступает на базы транзисторов 2 и 3. Запертые опорным напряжением на стабилизирующем диоде 25 транзисторы 2 и 3 поочередно открываются положительными полуволнами сигнала. Сумма коллекторных токов транзисторов 2 и 3, представленная кривой 1 на фиг. 2, дает на нагрузочном резисторе 26 видеосигнал с размахом около 0,8 В и приблизительно с таким же размахом импульсы напряжения с удвоенной частотой несущей видеосигнала. Равенство двух соседних всплесков коллекторных токов транзисторов 2 и 3 достигается регулировкой движка резистора 4. Штриховкой на кривой 1 показаны зоны, соответствующие процессам запаздывания спаданий коллекторных токов транзисторов 2 и 3 при поочередных уменьшениях потенциалов на их базах. Запаздывание спаданий токов ведет к увеличению среднего коллекторного тока, а любое увеличение или уменьшение частоты несущей за счет постоянства ширины заштрихованных зон приводит к его модуляции видеосигналом, заключенным в воспроизводимом с видеоленты частотно-модулированном сигнале.

Через диоды 7 и 8 симметричный сигнал с выводов вторичной обмотки трансформатора 1 также поступает на базу транзистора 9, который открыт постоянным напряжением смещения на выходе первого делителя, образованного резисторами 10 и 11. Это же напряжение смещения удерживает и диоды 7 и 8 в открытом состоянии, причем положительными полуволнами сигнала диоды поочередно закрываются. Отрицательные полуволны сигнала запирают транзистор 9 с удвоенной частотой несущей, и снова транзистор 9 открывается, когда напряжение частотно-модулированного сигнала, пройдя максимум, начинает устремляться к нулю. Всплески коллекторного тока транзистора 9, показанные на кривой 2, фиг. 2, также сопровождаются запаздываниями спаданий тока - заштрихованные зоны на кривой 2, причем спадания тока происходят при уменьшении потенциала базы транзистора 9 и соответственно при увеличениях потенциалов на базах транзисторов 2 и 3, т. е. всплески и последующие спадания коллекторных токов транзисторов 2 и 3 с одной стороны и транзистора 9 с другой чередуются, а колебания суммарного коллекторного тока в нагрузочном резисторе 26 учащаются вдвое и уменьшаются по величине. Размах колебаний напряжения с учетверенной частотой несущей на резисторе 26 (кривая 1 на фиг. 3) оказывается в 2. . . 3 раза меньше.

Вместе с уменьшением прохождения несущей на выход частотного детектора снижается прохождение помех, наблюдаемых на изображении. Вклад спаданий коллекторного тока транзистора 9 в процесс демодулирования сводится к тому, что он идет более продолжительную часть периода несущей (см. кривую входного частотно-модулированного сигнала 1 на фиг. 4), в каждом периоде на приближающихся к осевой линии участках кривой 1 детектирование идет за счет поочередных спаданий коллекторных токов в транзисторах 2 и 3, а на удаляющихся от осевой линии участках - дополнительно за счет спаданий коллекторного тока транзистора 9.

Если при передаче частотно-модулированным сигналом мелкой детали телевизионного изображения кривая приняла вид, когда в пределах периода первая ее часть стала несколько более продолжительной, чем ее вторая часть (t1 > t2), то на резисторе 26 демодулированный сигнал при детектировании только транзисторами 2 и 3 принимает вид ломаной линии 2, первый, более протяженный, участок которой, соответствующий большему интервалу времени между спаданиями коллекторных токов в одном и затем в другом транзисторах, имеет более высокий потенциал, а второй, соответствующий меньшему интервалу времени, - менее высокий потенциал, причем, имея слабо выраженную деталировку, ломаная 2 к тому же несколько запаздывает по отношению к кривой 1. При детектировании дополнительно транзистором 9, спадания коллекторного тока которого приходятся на удаляющиеся от осевой линии участки кривой 1, соответствующая демодулированному сигналу ломаная линия принимает вид 3: она более деталирована, на ней максимум потенциала более точно приходится на интервал времени t1, а минимум - на t2. На воспроизведенном с помощью такого сигнала телевизионном изображении лучше передаются мелкие детали. Это с другой стороны позволяет без заметного снижения четкости несколько уменьшить при записи видеосигнала частоту несущей, от чего существенно уменьшается число выпадений сигнала, так как частоту несущей как правило выбирают предельно высокой.

Через конденсаторы 18 и 19 на максимумах отрицательных полуволн частотно-модулированного сигнала попеременно открываются транзисторы 16 и 17, замыкая базы с коллекторами в транзисторах 14 и 15 и таким образом попеременно открывая их. Открытыми транзисторами 14 и 15 соответственно попеременно соединяются базы транзисторов 2 и 3 с их эмиттерами, что приводит к попеременным кратковременным закрытиям открытых в эти моменты транзисторов 2 и 3 и разделению таким образом всплесков их коллекторных токов надвое и уменьшению величин всплесков коллекторных токов. Последнее ведет к уравниванию между собой всплесков коллекторных токов транзисторов 2 и 3 с всплесками коллекторного тока в транзисторе 9, на базу которого поступают полуволны частотно-модулированного сигнала, несколько ослабленные после прохождения через диоды 7 и 8. Уравнивание всплесков коллекторных токов дополнительно уменьшает размах импульсов напряжения на нагрузочном резисторе 26, и напряжение на нем при отсутствии частотной модуляции несущей принимает вид кривой 2 на фиг. 3, размах которой не превышает 0,1. . . 0,2 В. С уменьшением прохождения несущей на выход частотного детектора дополнительно снижаются помехи, а разделение надвое всплесков коллекторных токов транзисторов 2 и 3 приводит к появлению на них дополнительных зон со спаданиями коллекторного тока, что дает небольшое дополнительное увеличение чувствительности и селективности частотного детектора.

При спадании отрицательных полуволн частотно-модулированного сигнала проходящие через поочередно открытые диоды 7 и 8 токи уменьшаются, а токи, проходящие через диод 23, нарастают. При каждом увеличении отрицательной полуволны ток через диод 23 уменьшается и диод закрывается так же, как и транзистор 9. Закрытиям диода 23 сопутствуют процессы запаздывания спадания тока в нем, сопровождающиеся сохранением на нем напряжения, которое, управляя транзистором 9, дополнительно затягивает спадания его коллекторного тока. Это увеличивает чувствительность частотного детектора дополнительно на 25. . . 30% , приближая ее к предельной чувствительности, когда при наиболее высокой частоте несущей исчезают промежутки между импульсами коллекторного тока транзистора 9 и демодуляция прекращается. В этом случае высокочастотные колебания компенсатора выпадений сигнала частотным детектором не демодулируются, и белые полосы на воспроизводимом изображении на местах выпадений сигнала отсутствуют.

При функционировании полностью всей схемы частотного детектора, приведенной на фиг. 1, на нагрузочном резисторе 26 и соответственно на выходе частотного детектора наблюдается видеосигнал с размахом до 1 В (см. кривую на фиг. 5) без каких-либо заметных мешающих дополнений; лишь на гасящей части строчного синхроимпульса 1 можно различить колебания.