Detector de fază

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 26 noiembrie 2021; verificarea necesită 1 editare .

Detector de fază, comparator de fază (PD) - un dispozitiv electronic care compară fazele a două semnale de intrare cu frecvențe egale sau apropiate.

Două semnale sunt alimentate la intrarea PD, ale căror faze trebuie comparate, iar la ieșirea PD este generat un semnal, de obicei o tensiune, care este o funcție monotonă a diferenței de fază a semnalelor de intrare într-un anumit interval al diferenta de faza.

Este utilizat în sisteme de buclă blocată în fază , sintetizatoare de frecvență , receptoare radio , stabilizatoare de viteză a axului, de exemplu, unități de hard disk etc.

Tipuri de FD

XOR

Cel mai simplu FD este elementul logic „ SAU EXCLUSIV ”. Atunci când se aplică la intrarea acestui element două oscilații dreptunghiulare de frecvențe egale cu ciclu de lucru egal , de exemplu, meandre , cu defazaj zero, tensiunea sa de ieșire este zero (0 logic). Cu o schimbare de fază diferită de zero, la ieșirea elementului se formează impulsuri, a căror durată medie este direct proporțională cu defazajul și atinge un maxim (logic 1 la ieșire) la o deplasare egală în cazul semnalelor. cu un ciclu de lucru de 2. Un detector de fază de acest tip este insensibil la semnul diferenței de fază, prin urmare, pentru a obține o dependență monotonă a semnalului de ieșire de diferența de fază, unul dintre semnale trebuie să aibă o defazare inițială. care este optim egal cu meandrul. Pentru a media semnalul de ieșire în impulsuri, la ieșirea acestui filtru este instalat un filtru trece -jos (LPF). $\pi$ $\pi/2$

Balance mixer

Un alt tip de FD sunt multiplicatorii cu patru cadrane a două semnale de intrare, care sunt adesea numite mixere echilibrate . La ieșirea unui mixer echilibrat, există de două ori frecvența semnalelor de intrare și o componentă constantă proporțională cu diferența de fază, care rezultă din expresia:

\sin(\omega t+\alpha)\cos(\omega t+\beta)={\sin(\omega t-\omega t+\alpha -\beta) \over 2}+{\sin(2\ omega t+\alpha +\beta ) \over 2}={\sin(\alpha -\beta ) \over 2}+{\sin(2\omega t+\alpha +\beta ) \over 2}.

Primul termen al rezultatului înmulțirii nu depinde de timp, ci doar de diferența de fază și este o componentă constantă la ieșirea detectorului de fază. Al doilea termen este o oscilație armonică cu o frecvență dublă a semnalelor de intrare - o componentă de înaltă frecvență. O aplicație comună pentru un mixer echilibrat este ca mixer de frecvență . Dacă mixerul echilibrat este proiectat pentru a evidenția diferența de fază a semnalelor cu frecvențe egale, atunci componenta de înaltă frecvență este filtrată folosind un filtru trece-jos.

Dacă diferența de fază a semnalelor este mică, atunci semnalul de ieșire al detectorului de fază depinde aproximativ liniar de diferența de fază în conformitate cu egalitatea aproximativă - limitarea extinderii funcției sinusoidale în seria Maclaurin cu primul termen: $\sin x=x-{\frac {x^{3}}{3!}}+{\frac {x^{5}}{5!}}-{\frac {x^{7} {7!}}+...$

\sin(\alpha -\beta )=\alpha -\beta .

Mixerele echilibrate din punct de vedere al circuitelor sunt de obicei construite conform circuitelor modulatoare inelare sau circuitului celulei Gilbert .

PD, declanșat de fronturile semnalelor de intrare

PD-urile de acest tip sunt sensibile la poziția relativă a fronturilor semnalelor de intrare. De exemplu, dacă semnalul A este înaintea semnalului B, atunci la ieșirea acestui PD se formează impulsuri de polaritate pozitivă cu o durată proporțională cu diferența de fază și cu o rată de repetiție egală cu frecvența semnalelor de intrare. Dacă semnalul B este înaintea semnalului A, atunci la ieșire sunt generate impulsuri de polaritate negativă. Pentru a obține o tensiune de ieșire proporțională cu diferența de fază la ieșirea FD, se folosește un filtru trece-jos.

Aplicarea FD

Aplicația tradițională a FD este în sistemele cu bucle servoblocate , unde FD, împreună cu un generator de frecvență variabilă controlat de tensiune (VCO), este inclus într-o buclă de feedback negativ. Semnalul de referință pentru acest sistem de control automat este frecvența semnalului de intrare, iar FD este un comparator. În funcția de transfer a LPF, instalată la ieșirea FD înainte de VCO, se introduce un zero suplimentar pentru a asigura o marjă de stabilitate a fazei. În cel mai simplu caz, dacă filtrul trece jos este un filtru trece jos RC, atunci zero în funcția de transfer poate fi obținut prin includerea unui rezistor cu rezistența dorită în serie cu condensatorul filtrului.

FD-urile sunt, de asemenea, utilizate în sintetizatoare, multiplicatoare și divizoare de frecvență. În aceste sisteme, nu semnalele în sine sunt alimentate la intrarea PD, ci semnalele obținute ca urmare a înmulțirii, împărțirii, însumării sau scăderii frecvențelor dorite.

În comunicațiile radio, PD este utilizat în sistemele de autotuning ale frecvenței oscilatorului local în receptoarele radio superheterodine .

În telefonie, PD este utilizat în dispozitivele de decodare a apelurilor de ton.

Când viteza de rotație a arborelor și arborilor este stabilizată, un semnal de la oscilatorul de referință este transmis la una dintre intrările PD, al doilea primește impulsuri de la semnele senzorului de frecvență de viteză, iar semnalul de ieșire al comenzilor PD nu VCO, ci antrenarea electrică a arborelui.

Vezi și

Bucla blocată de fază este un sistem de control automat în care este utilizat un detector de fază.

Surse

Horowitz P. , Hill W. The Art of Circuitry (în 2 volume) = The Art of Electronics. - M . : Mir, 1980. - T. 2. - 590 p.
/ Mike Curtin și Paul O'Brien . Bucle blocate în fază pentru receptoare și transmițătoare de înaltă frecvență-3 , Dialog analogic, Dispozitive analogice (iulie/august 1999). Consultat la 25 aprilie 2006.