В радио , детектор - это устройство или схема, которые извлекают информацию из модулированного радиочастотного тока или напряжения. Термин восходит к первым трем десятилетиям радио (1888-1918). В отличие от современных радиостанций, которые передают звук (аудиосигнал ) на непрерывной несущей волне , ранние радиостанции передавали информацию по радиотелеграфу . Передатчик включался и выключался для создания длинных или коротких периодов радиоволн, по буквам описывая текстовые сообщения азбукой Морзе . Поэтому ранние радиоприемники могли воспроизводить «точки» и «тире» азбуки Морзе, просто различая наличие или отсутствие радиосигнала. Устройство, которое выполняло эту функцию в схеме приемника, называлось детектором . [ 1] Различные различные детекторные устройства, такие как когерер , электролитический детектор , магнитный детектор и кристаллический детектор , использовались в эпоху беспроводной телеграфии , пока не были заменены технологией вакуумных ламп.
После того, как изобретение амплитудной модуляции (АМ) позволило разработать АМ -радиотелефонию , передачу звука (аудио), во время Первой мировой войны, термин эволюционировал в обозначение демодулятора (обычно вакуумной лампы ), который извлекал аудиосигнал из несущей радиочастоты . Это его нынешнее значение, хотя современные детекторы обычно состоят из полупроводниковых диодов , транзисторов или интегральных схем .
В супергетеродинном приемнике этот термин иногда используется для обозначения смесителя , трубки или транзистора, который преобразует входящий радиочастотный сигнал в промежуточную частоту . Смеситель называется первым детектором , в то время как демодулятор, который извлекает аудиосигнал из промежуточной частоты, называется вторым детектором . В технологии СВЧ и миллиметровых волн термины детектор и кристаллический детектор относятся к волноводным или коаксиальным компонентам линии передачи, используемым для измерения мощности или КСВ , которые обычно включают в себя точечные контактные диоды или поверхностные барьерные диоды Шоттки.
Огибающая формы волны — это кривая, которая очерчивает форму волны. Основная категория техники демодуляции АМ включает обнаружение огибающей , поскольку огибающая сигнала АМ является исходным сигналом .
Диодный детектор — это простой детектор огибающей. Он 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 . Их постоянная времени RC должна быть достаточно мала, чтобы разрядить конденсатор достаточно быстро, когда огибающая падает. Между тем, частота среза фильтра должна быть значительно ниже частоты несущей волны, чтобы достаточно ослабить несущую.
Ранней формой детектора огибающей был кристаллический детектор , который использовался в кристаллическом радиоприемнике. Более поздняя версия, использующая кристаллический диод, до сих пор используется в кристаллических радиоприемниках. Ограниченная частотная характеристика гарнитуры устраняет радиочастотную составляющую, делая фильтр нижних частот ненужным.
Более сложные детекторы огибающей включают в себя детектор утечки сетки , пластинчатый детектор , детектор с бесконечным импедансом , их транзисторные эквиваленты и прецизионные выпрямители, использующие операционные усилители.
Детектор продукта — это тип демодулятора , используемый для сигналов AM и SSB , где исходный несущий сигнал удаляется путем умножения принятого сигнала на сигнал на несущей частоте (или близкой к ней). Вместо того, чтобы преобразовывать огибающую сигнала в декодированную форму волны путем выпрямления, как это делает детектор огибающей, детектор продукта берет произведение модулированного сигнала и гетеродина , отсюда и название. При гетеродинировании принятый сигнал смешивается (в каком-то типе нелинейного устройства) с сигналом гетеродина, чтобы дать суммарную и разностную частоты смешиваемым сигналам, так же как первый каскад смесителя в супергетеродине будет производить промежуточную частоту ; частота биений в этом случае, низкочастотный модулирующий сигнал восстанавливается, а нежелательные высокие частоты отфильтровываются с выхода детектора продукта. Поскольку боковые полосы амплитудно-модулированного сигнала содержат всю информацию в несущей, смещенную от центра в зависимости от их частоты, детектор продукта просто смешивает боковые полосы в слышимый диапазон, чтобы можно было услышать исходный звук.
Схемы детекторов продуктов по сути являются кольцевыми модуляторами или синхронными детекторами и тесно связаны с некоторыми схемами детекторов, чувствительных к фазе . Они могут быть реализованы с использованием чего-то столь же простого, как кольцо диодов или один двухзатворный полевой транзистор, или чего-то столь же сложного, как интегральная схема, содержащая ячейку Гилберта . Детекторы продуктов обычно предпочитают детекторам огибающей слушатели коротких волн и радиолюбители, поскольку они позволяют принимать как сигналы AM, так и сигналы SSB. Они также могут демодулировать передачи CW , если генератор частоты биений настроен немного выше или ниже несущей.
Детекторы АМ не могут демодулировать Сигналы FM и PM , поскольку оба имеют постоянную амплитуду . Однако радио AM может обнаружить звук FM-вещания с помощью явления обнаружения наклона , которое происходит, когда радио настроено немного выше или ниже номинальной частоты вещания. Изменение частоты на одной наклонной стороне кривой настройки радио дает усиленному сигналу соответствующее локальное изменение амплитуды, к которому чувствителен детектор AM. Обнаружение наклона дает худшее искажение и подавление шума по сравнению со следующими специализированными детекторами FM, которые обычно используются.
Фазовый детектор — это нелинейное устройство, выходной сигнал которого представляет собой разность фаз между двумя осциллирующими входными сигналами. Он имеет два входа и один выход: опорный сигнал подается на один вход, а фазовый или частотно-модулированный сигнал — на другой. Выходной сигнал — это сигнал, пропорциональный разности фаз между двумя входами.
При фазовой демодуляции информация содержится в величине и скорости сдвига фаз в несущей волне .
Дискриминатор Фостера–Сили [2] [3] — широко используемый детектор FM. Детектор состоит из специального трансформатора со средним выводом, питающего два диода в двухполупериодной схеме выпрямителя постоянного тока . Когда входной трансформатор настроен на частоту сигнала, выходной сигнал дискриминатора равен нулю. Когда нет отклонения несущей, обе половины трансформатора со средним выводом сбалансированы. Поскольку сигнал FM колеблется по частоте выше и ниже несущей частоты, баланс между двумя половинами вторичной обмотки со средним выводом нарушается, и возникает выходное напряжение, пропорциональное отклонению частоты.
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. Выход в этом случае берется между суммой напряжений диодов и средним отводом. Выход через диоды подключен к конденсатору большой емкости, который устраняет шум АМ на выходе детектора отношения. Детектор отношения имеет преимущество перед дискриминатором Фостера-Сили в том, что он не будет реагировать на сигналы АМ , таким образом потенциально экономя каскад ограничителя; однако выход составляет всего 50% от выхода дискриминатора для того же входного сигнала. Детектор отношения имеет более широкую полосу пропускания, но больше искажений, чем дискриминатор Фостера-Сили.
В квадратурных детекторах принятый FM-сигнал разделяется на два сигнала. Затем один из двух сигналов пропускается через конденсатор с высоким реактивным сопротивлением , который сдвигает фазу этого сигнала на 90 градусов. Затем этот сдвинутый по фазе сигнал 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 в 90 градусов , и говорят, что они 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 устройством, выходной сигнал которого пропорционален разности фаз между двумя сигналами. В случае немодулированного FM-сигнала выходной сигнал фазового детектора является — после того, как выходной сигнал был отфильтрован ; то есть усреднен по времени — постоянным; а именно, нулевым. Однако если принятый FM-сигнал был модулирован, то его частота будет отличаться от центральной частоты. В этом случае резонансная LC-цепь еще больше сдвинет фазу сигнала от конденсатора, так что общий фазовый сдвиг сигнала будет суммой 90 градусов, налагаемых конденсатором, и положительного или отрицательного изменения фазы, налагаемого LC-цепью. Теперь выходной сигнал фазового детектора будет отличаться от нуля, и таким образом восстанавливается исходный сигнал, который использовался для модуляции несущей FM.
Процесс обнаружения, описанный выше, также может быть выполнен путем объединения в логическом вентиле исключающего ИЛИ (XOR) ограниченного исходного сигнала FM и либо копии этого сигнала, пропущенной через сеть, которая накладывает сдвиг фазы, который изменяется с частотой, например, LC-цепь (и затем также ограниченную), либо фиксированной частоты прямоугольного сигнала несущей на центральной частоте сигнала. Вентиль XOR создает поток выходных импульсов, рабочий цикл которых соответствует разности фаз между двумя сигналами. Из-за изменяющейся разности фаз между двумя входами создается сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Когда к этим импульсам применяется фильтр нижних частот , выход фильтра увеличивается по мере того, как импульсы становятся длиннее, а его выход падает по мере того, как импульсы становятся короче. Таким образом, восстанавливается исходный сигнал, который использовался для модуляции несущей FM.
При использовании сдвинутой по фазе версии исходного сигнала результатом является частотная демодуляция, поскольку разность частот между входами вентиля XOR остается нулевой и, таким образом, не влияет на их фазовое соотношение.
При фиксированной частоте несущей результатом является фазовая демодуляция , которая в данном случае является интегралом исходного модулирующего сигнала.
Менее распространенные, специализированные или устаревшие типы детекторов включают в себя: [8]
Детектор с фазовой автоподстройкой частоты не требует частотно-селективной LC-сети для выполнения демодуляции. В этой системе генератор, управляемый напряжением (VCO), синхронизирован по фазе с помощью петли обратной связи , которая заставляет VCO следовать за изменениями частоты входящего FM-сигнала. Низкочастотное напряжение ошибки, которое заставляет частоту VCO 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 местного генератора .
Медиа, связанные с Детекторы (радио) на Викискладе