Фазовый детектор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Фа́зовый дете́ктор, фазовый компара́тор (ФД) — электронное устройство сравнивающее фазы двух входных сигналов равных или близких частот.

На вход ФД подаются два сигнала, фазы которых нужно сравнить, на выходе ФД формируется сигнал, обычно напряжения, пропорциональный разности фаз входных сигналов.

Применяется в системах фазовой автоподстройки частоты, синтезаторах частот, радиоприёмной аппаратуре, стабилизаторах частоты вращения шпинделей, например, накопителей на жёстких дисках и др.

Типы ФД[править | править вики-текст]

Исключающее ИЛИ[править | править вики-текст]

Простейший ФД — логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. При подаче на вход этого элемента двух прямоугольных колебаний равных частот с нулевым фазовым сдвигом его выходное напряжение равно нулю (логический 0). При ненулевом сдвиге фаз на выходе элемента формируются импульсы, среднее значение которых прямо пропорционально фазовому сдвигу и достигает максимума (на выходе логическая 1) при сдвиге равном π. Для усреднения импульсного выходного сигнала на выходе этого фильтра устанавливают фильтр нижних частот (ФНЧ).

Балансный смеситель[править | править вики-текст]

Другой тип ФД — это четырёхквадрантные перемножители двух входных сигналов, которые часто называют балансными смесителями. На выходе балансного смесителя присутствуют удвоенная частота входных сигналов и постоянная составляющая, пропорциональная разности фаз, что следует из выражения:

\sin \alpha \cos \beta = {\sin(\alpha - \beta) \over 2} + {\sin(\alpha + \beta) \over 2} \approx {\alpha - \beta \over 2} + {\sin(\alpha + \beta) \over 2}

Синус малого угла здесь приближённо заменён самим углом. Составляющая с удвоенной частотой может быть легко отфильтрована с помощью ФНЧ.

Схемотехнически балансные смесители обычно строятся по схеме Гилберта.

ФД, срабатывающие по фронтам входных сигналов[править | править вики-текст]

ФД этого типа чувствительны к относительному положению фронтов входных сигналов. Например, если сигнал А опережает сигнал Б, то на выходе этого ФД формируются импульсы положительной полярности с длительностью пропорциональной разности фаз и с частотой повторения равной частоте входных сигналов. Если сигнал Б опережает сигнал А, то на выходе формируются импульсы отрицательной полярности. Для получения выходного напряжения, пропорционального разности фаз на выходе ФД применяют ФНЧ.

Применение ФД[править | править вики-текст]

Традиционное применение ФД — в следящих системах автоподстройки частоты, где ФД, совместно с генератором переменной частоты, управляемый напряжением (ГУН) включены в контур отрицательной обратной связи. Сигналом задания для этой системы автоматического регулирования является частота входного сигнала, а ФД является сравнивающим устройством. В передаточную функцию ФНЧ, установленном на выходе ФД перед ГУН, дополнительно вводят ноль, для обеспечения запаса устойчивости по фазе. В простейшем случае, если ФНЧ является RC-фильтром НЧ, то ноль в передаточной функции можно получить включив резистор с нужным сопротивлением последовательно с конденсатором фильтра.

Также ФД используются в синтезаторах, умножителях и делителях частот. В этих системах на вход ФД подаются не сами сигналы, а сигналы, полученные в результате умножения, деления, сумм и разностей нужных частот.

В радиосвязи ФД применяется в системах автоподстройки частоты гетеродина в супергетеродинных радиоприёмников.

В телефонии ФД применяется в устройствах декодирования тонального вызова.

При стабилизации частоты вращения шпинделей и валов на один из входов ФД подаётся сигнал от опорного генератора, на второй — импульсы от меток частотного датчика оборотов, и выходной сигнал ФД управляет не ГУН, а электрическим приводом вала.

Источники[править | править вики-текст]

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (в 2-х томах) = The Art of Electronics. — М.: Мир, 1980. — Т. 2. — 590 с.