Детектор (радио)

В радио , A детектор представляет собой устройство или схема , которая извлекает информацию из модулированного радиочастотного тока или напряжения. Термин датируется первыми тремя десятилетиями радио (1888-1918). В отличие от современных радиостанций, которые передают звук ( звуковой сигнал ) на непрерывной несущей волне , ранние радиостанции передавали информацию посредством радиотелеграфии . Передатчик был включен и выключен для генерации длинных или коротких периодов радиоволн, для передачи текстовых сообщений азбукой Морзе . Поэтому ранние радиоприемникиоставалось только различать наличие или отсутствие радиосигнала. Устройство, выполнявшее эту функцию в цепи приемника, называлось детектором . ^[1] В эпоху беспроводной телеграфии использовались различные детекторные устройства, такие как когерер , электролитический детектор , магнитный детектор и кристаллический детектор , пока их не вытеснила технология электронных ламп.

После того, как примерно в 1920 году началась передача звука ( амплитудная модуляция , AM), этот термин превратился в демодулятор (обычно вакуумную лампу ), который извлекал аудиосигнал из несущей радиочастоты . Это его текущее значение, хотя современные детекторы обычно состоят из полупроводниковых диодов , транзисторов или интегральных схем .

В супергетеродинном приемнике этот термин также иногда используется для обозначения смесителя , лампы или транзистора, которые преобразуют входящий радиочастотный сигнал в промежуточную частоту . Смеситель называется первым детектором , а демодулятор, извлекающий звуковой сигнал из промежуточной частоты, называется вторым детектором .

В технологии микроволновых и миллиметровых волн термины детектор и кристаллический детектор относятся к компонентам волновода или коаксиальной линии передачи, используемым для измерения мощности или КСВ , которые обычно включают диоды с точечным контактом или диоды Шоттки с поверхностным барьером.

Детекторы амплитудной модуляции [ править ]

Детектор конвертов [ править ]

Один из основных методов известен как обнаружение конверта. Простейшей формой детектора огибающей является диодный детектор, который состоит из диода, подключенного между входом и выходом схемы, с резистором и конденсатором, включенными параллельно от выхода схемы к земле, чтобы сформировать фильтр нижних частот . Если резистор и конденсатор выбраны правильно, выход этой схемы будет почти идентичной версией исходного сигнала со сдвигом напряжения.

Ранней формой детектора огибающей был кристаллический детектор , который использовался в радиоприемнике на кристалле . Более поздняя версия, использующая кристаллический диод, до сих пор используется в кристаллических радиоприемниках. Ограниченная частотная характеристика гарнитуры устраняет радиочастотную составляющую, делая ненужным фильтр нижних частот.

Более сложные детекторы огибающей включают сеточный детектор утечки , пластинчатый детектор , детектор бесконечного импеданса , их транзисторные эквиваленты и прецизионные выпрямители с операционными усилителями.

Детектор продукта [ править ]

Детектор продукт представляет собой тип демодулятора используется для AM и SSB сигналов, где первоначальный сигнал несущей удаляется путем умножения принимаемого сигнала с сигналом на несущей частоте (или рядом с ним). Вместо преобразования огибающей сигнала в декодированную форму волны путем выпрямления, как это сделал бы детектор огибающей, детектор продукта принимает произведение модулированного сигнала и гетеродина , отсюда и название. Путем гетеродинирования принятый сигнал смешивается (в некоторых типах нелинейных устройств) с сигналом гетеродина, чтобы дать суммарные и разностные частоты смешиваемым сигналам, как в первом смесителе.ступень в супергетике будет производить промежуточную частоту ; частота биений в этом случае низкой частоты модулирующего сигнала извлекают и нежелательные высокие частоты отфильтровываются из выходного сигнала детектора продукта. Поскольку боковые полосы амплитудно-модулированного сигнала содержат всю информацию на несущей, смещенную от центра в зависимости от их частоты, детектор произведения просто смешивает боковые полосы до слышимого диапазона, чтобы можно было услышать исходный звук.

Цепи детекторов продукта по сути являются кольцевыми модуляторами или синхронными детекторами и тесно связаны с некоторыми схемами фазочувствительных детекторов . Они могут быть реализованы с использованием чего-то столь же простого, как кольцо диодов или одного полевого транзистора с двумя затворами, до чего- то столь же сложного, как интегральная схема, содержащая ячейку Гилберта . Детекторы продуктов обычно предпочтительнее детекторов огибающей для коротковолновых слушателей и радиолюбителей, поскольку они позволяют принимать как AM, так и SSB сигналы. Они также могут демодулировать CW. передачи, если генератор частоты биений настроен немного выше или ниже несущей.

Детекторы частотной и фазовой модуляции [ править ]

Детекторы AM не могут демодулировать FM- и PM- сигналы, потому что оба имеют постоянную амплитуду . Однако AM-радио может обнаруживать звук FM-вещания по явлению определения наклона, которое происходит, когда радио настроено немного выше или ниже номинальной частоты вещания. Изменение частоты на одной наклонной стороне кривой радионастройки дает усиленному сигналу соответствующее локальное изменение амплитуды, к которому чувствителен AM-детектор. Обнаружение наклона дает меньшие искажения и подавление шума по сравнению со следующими обычно используемыми специализированными FM-детекторами.

Фазовый детектор [ править ]

Фазовый детектор - это нелинейное устройство, выходной сигнал которого представляет собой разность фаз между двумя колеблющимися входными сигналами. Он имеет два входа и один выход: опорный сигнал подается на один вход, а сигнал с фазовой или частотной модуляцией - на другой. Выходной сигнал - это сигнал, который пропорционален разности фаз между двумя входами.

При фазовой демодуляции информация содержится в величине и скорости фазового сдвига в несущей волне .

Дискриминатор Фостера-Сили [ править ]

Фостер-Сили дискриминатор ^{[2] [3]} является широко используемым детектором FM - диапазоне. Детектор состоит из специального трансформатора с центральным отводом, питающего два диода в двухполупериодной схеме выпрямителя постоянного тока . Когда входной трансформатор настроен на частоту сигнала, выход дискриминатора равен нулю. Когда нет отклонения несущей, обе половины трансформатора с центральным ответвлением сбалансированы. Поскольку FM-сигнал колеблется по частоте выше и ниже несущей частоты, баланс между двумя половинами вторичной обмотки с центральным отводом нарушается, и появляется выходное напряжение, пропорциональное девиации частоты.

Детектор соотношения [ править ]

Детектор отношения ^{[4] [5] [6] [7]} является вариантом дискриминатора Фостера-Сили, но один диод проводит в противоположном направлении и использует третичную обмотку в предыдущем трансформаторе. Выходной сигнал в этом случае берется между суммой напряжений диодов и центрального отвода. Выход через диоды подключен к конденсатору большой емкости, который устраняет шум AM на выходе детектора отношения. Детектор отношения имеет преимущество перед дискриминатором Фостера-Сили в том, что он не реагирует на сигналы AM , что потенциально позволяет сэкономить каскад ограничителя; однако выход составляет только 50% от выхода дискриминатора для того же входного сигнала. Детектор отношения имеет более широкую полосу пропускания, но больше искажений, чем дискриминатор Фостера-Сили.

Квадратурный детектор [ править ]

В квадратурных детекторах принятый FM-сигнал разделяется на два сигнала. Затем один из двух сигналов проходит через конденсатор с высоким реактивным сопротивлением , который сдвигает фазу этого сигнала на 90 градусов. Этот сдвинутый по фазе сигнал затем подается на LC-контур, который резонирует на немодулированной, «центральной» или «несущей» частоте FM-сигнала. Если частота принятого FM-сигнала равна центральной частоте, то два сигнала будут иметь разность фаз 90 градусов.и они, как говорят, находятся в "фазовой квадратуре" - отсюда и название этого метода. Затем два сигнала умножаются вместе в аналоговом или цифровом устройстве, которое служит фазовым детектором; то есть устройство, выходной сигнал которого пропорционален разности фаз между двумя сигналами. В случае немодулированного ЧМ-сигнала выход фазового детектора - после фильтрации выхода; то есть усредненное по времени - постоянное; а именно ноль. Однако, если принятый FM-сигнал был модулирован, его частота будет отличаться от центральной частоты. В этом случае резонансный LC-контур будет дополнительно сдвигать фазу сигнала от конденсатора, так что полный фазовый сдвиг сигнала будет суммой 90 градусов, наложенных конденсатором, и положительного или отрицательного изменения фазы, наложенного LC-цепь. Теперь выходной сигнал фазового детектора будет отличаться от нуля, и таким образом восстанавливается исходный сигнал, который использовался для модуляции несущей ЧМ.

Этот процесс обнаружения также может быть выполнен путем объединения в логическом элементе исключающего ИЛИ (XOR) исходного FM-сигнала и прямоугольной волны , частота которой равна центральной частоте FM-сигнала. Логический элемент XOR генерирует выходной импульс, длительность которого равна разнице между временами прохождения прямоугольной волны и принятого FM-сигнала через ноль вольт. Поскольку частота FM-сигнала изменяется от его немодулированной центральной частоты (которая также является частотой прямоугольной волны), выходные импульсы от логического элемента XOR становятся длиннее или короче. (По сути, этот квадратурный детектор преобразует FM-сигнал в сигнал с широтно-импульсной модуляцией.(PWM) сигнал.) Когда эти импульсы фильтруются, выходная мощность фильтра возрастает по мере того, как импульсы становятся длиннее, и его выходная мощность падает, когда импульсы становятся короче. Таким образом восстанавливается исходный сигнал, который использовался для модуляции несущей FM.

Другие FM-детекторы [ править ]

К менее распространенным, специализированным или устаревшим типам детекторов относятся: ^[8]

• Travis ^[9] или дискриминатор с двойной настройкой схемы, использующий две невзаимодействующие настроенные схемы выше и ниже номинальной центральной частоты.
• Дискриминатор Вейсса, использующий одну настроенную LC-схему или кристалл
• Дискриминатор счета импульсов, который преобразует частоту в последовательность импульсов постоянной амплитуды, создавая напряжение, прямо пропорциональное частоте.

Детектор фазовой автоподстройки частоты [ править ]

ФАПЧ детектор не требует частотно-селективного LC сети , чтобы выполнить демодуляцию. В этой системе генератор, управляемый напряжением (ГУН), синхронизируется по фазе с помощью петли обратной связи , которая заставляет ГУН отслеживать изменения частоты входящего FM-сигнала. Напряжение низкочастотной ошибки, которое заставляет частоту ГУН отслеживать частоту модулированного FM-сигнала, является демодулированным аудиовыходом. Детектор с фазовой автоподстройкой частоты не следует путать с синтезатором частоты с фазовой автоподстройкой частоты, который часто используется в радиоприемниках AM и FM с цифровой настройкой для генерации частоты гетеродина .

См. Также [ править ]

• Детектор усов кошки
• Когерер
• Тюнер (радио)
• Электролитический детектор
• Дискриминатор Фостера-Сили
• Сеточный детектор утечки
• Барреттер с горячей проволокой
• Магнитный детектор
• Пластинчатый детектор
• Демодуляция
• Тиккер
• Детектор Вундерлиха

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• СМИ, связанные с детекторами (радио) на Викискладе?
• Простые блок-схемы и описания основных схем для FM-передатчиков и приемников: [1]