Detektor (radio) - Detector (radio)

W radiu , o detektor jest urządzenie lub obwód, który wydziela informacji ze modulowanej częstotliwości radiowej prądu lub napięcia. Termin pochodzi z pierwszych trzech dekad radia (1888-1918). W przeciwieństwie do nowoczesnych radiostacji, które transmitują dźwięk ( sygnał audio ) na nieprzerwanej fali nośnej , wczesne radiostacje transmitowały informacje za pomocą radiotelegrafii . Nadajnik był włączany i wyłączany, aby wytworzyć długie lub krótkie okresy fal radiowych, pisząc wiadomości tekstowe alfabetem Morse'a . Dlatego wczesne odbiorniki radiowe musiały jedynie rozróżniać obecność lub brak sygnału radiowego. Urządzenie pełniące tę funkcję w obwodzie odbiorczym nazwano detektorem . Wiele różnych urządzeń detekcyjnych, takich jak detektor , elektrolitycznej detektora , detektor magnetyczne i detektor kryształów , zostały wykorzystane w epoce telegrafii bezprzewodowej aż zastąpione przez technologię lampowym.

Po rozpoczęciu transmisji dźwięku ( modulacja amplitudy , AM) około 1920 roku, termin ten ewoluował i oznaczał demodulator (zwykle lampę próżniową ), który wyodrębniał sygnał audio z fali nośnej o częstotliwości radiowej . Takie jest jego obecne znaczenie, chociaż współczesne detektory zazwyczaj składają się z diod półprzewodnikowych , tranzystorów lub układów scalonych .

W odbiorniku superheterodynowym termin ten jest również czasami używany w odniesieniu do miksera , lampy lub tranzystora, który przekształca przychodzący sygnał o częstotliwości radiowej na częstotliwość pośrednią . Mikser nazywany jest pierwszym detektorem , podczas gdy demodulator, który wyodrębnia sygnał audio z częstotliwości pośredniej, nazywany jest drugim detektorem .

W technologii mikrofalowej i fal milimetrowych terminy detektor i detektor kryształu odnoszą się do elementów falowodu lub koncentrycznej linii transmisyjnej, używanych do pomiaru mocy lub SWR , które zazwyczaj zawierają diody styku punktowego lub diody Schottky'ego z barierą powierzchniową.

Detektor koherentny, przydatny tylko dla sygnałów alfabetem Morse'a.

Detektory modulacji amplitudy

Detektor kopert

Prosty wykrywacz kopert

Proste radio kryształowe bez dostrojonego obwodu może być używane do słuchania silnych sygnałów nadawczych AM

Jedną z głównych technik jest wykrywanie obwiedni. Najprostszą formą detektora obwiedni jest detektor diodowy, który składa się z diody połączonej między wejściem a wyjściem obwodu, z rezystorem i kondensatorem równolegle od wyjścia obwodu do masy, tworząc filtr dolnoprzepustowy . Jeśli rezystor i kondensator zostaną odpowiednio dobrane, wyjście tego obwodu będzie prawie identyczną wersją oryginalnego sygnału z przesuniętym napięciem.

Wczesną formą detektora koperty był detektor kryształowy , który był używany w odbiorniku radiowym zestawu kryształowego . Późniejsza wersja wykorzystująca diodę kryształową jest nadal używana w zestawach radiowych kryształowych. Ograniczona odpowiedź częstotliwościowa zestawu słuchawkowego eliminuje komponent RF, dzięki czemu filtr dolnoprzepustowy jest zbędny.

Bardziej wyrafinowane detektory koperta zawierać detektor wycieku siatki , z detektora talerz , na czujkę nieskończony impedancji , ekwiwalentów tranzystorowych z nich i precyzji prostowniki wykorzystaniem wzmacniaczy operacyjnych.

Detektor produktu

Detektor produkt jest typu demodulatora stosowane do AM i SSB sygnałów, w którym pierwotny sygnał nośny jest usuwany przez przemnożenie sygnału odbieranego z sygnału na częstotliwości nośnej (lub blisko niego). Zamiast konwertować obwiednię sygnału do zdekodowanego kształtu fali przez rektyfikację, jak zrobiłby to detektor obwiedni, detektor produktu bierze iloczyn modulowanego sygnału i lokalnego oscylatora , stąd nazwa. Poprzez heterodynowanie odbierany sygnał jest mieszany (w pewnym typie urządzenia nieliniowego) z sygnałem z lokalnego oscylatora, aby nadać miksowanym sygnałom częstotliwości sumaryczne i różnicowe, tak jak pierwszy stopień miksera w superhecie wytwarzałby częstotliwość pośrednią ; częstotliwości uderzenia , w tym przypadku niskiej częstotliwości sygnału modulującego odzyskuje się niepożądane wysokie częstotliwości odfiltrowane z wyjścia detektora produktu. Ponieważ wstęgi boczne sygnału o modulowanej amplitudzie zawierają wszystkie informacje w nośnej przesunięte ze środka w funkcji ich częstotliwości, detektor produktu po prostu miksuje wstęgi boczne w dół do zakresu słyszalnego, aby można było usłyszeć oryginalny dźwięk.

Obwody detektora produktu są więc zasadniczo modulatorami pierścieniowymi lub detektorami synchronicznymi i są ściśle powiązane z niektórymi obwodami detektora czułymi na fazę . Można je zaimplementować za pomocą czegoś tak prostego, jak pierścień diod lub pojedynczy tranzystor polowy z podwójną bramką, do czegoś tak wyrafinowanego, jak układ scalony zawierający ogniwo Gilberta . Detektory produktów są zwykle preferowane przez słuchaczy krótkofalowych i radioamatorów, ponieważ umożliwiają odbiór zarówno sygnałów AM, jak i SSB. Mogą również demodulować transmisje CW, jeśli oscylator częstotliwości dudnień jest dostrojony nieco powyżej lub poniżej nośnej.

Detektory modulacji częstotliwości i fazy

Detektory AM nie mogą demodulować Sygnały FM i PM , ponieważ oba mają stałą amplitudę . Jednak radio AM może wykrywać dźwięk audycji FM dzięki zjawisku wykrywania nachylenia, które występuje, gdy radio jest dostrojone nieco powyżej lub poniżej nominalnej częstotliwości nadawania. Zmiana częstotliwości po jednej nachylonej stronie krzywej strojenia radiowego daje wzmocnionemu sygnałowi odpowiednią lokalną zmianę amplitudy, na którą czuły jest detektor AM. Wykrywanie nachylenia zapewnia gorsze zniekształcenia i tłumienie szumów w porównaniu z następującymi dedykowanymi detektorami FM, które są zwykle używane.

Detektor fazy

Detektor fazy to urządzenie nieliniowe , którego wyjście reprezentuje różnicę faz między dwoma oscylacyjnymi sygnałami wejściowymi. Posiada dwa wejścia i jedno wyjście: sygnał odniesienia jest podawany na jedno wejście, a sygnał o modulacji fazy lub częstotliwości jest podawany na drugie. Wyjście jest sygnałem proporcjonalnym do różnicy faz między dwoma wejściami.

W demodulacji fazowej informacja zawarta jest w ilości i szybkości przesunięcia fazowego fali nośnej .

Dyskryminator Fostera-Seeleya

Foster-Seeley dyskryminator jest szeroko stosowany detektor FM. Detektor składa się ze specjalnego transformatora z odczepem centralnym, zasilającego dwie diody w obwodzie prostownika pełnookresowego prądu stałego. Gdy transformator wejściowy jest dostrojony do częstotliwości sygnału, wyjście dyskryminatora wynosi zero. Gdy nie ma odchylenia nośnika, obie połówki transformatora z odczepem środkowym są symetryczne. Gdy sygnał FM zmienia częstotliwość powyżej i poniżej częstotliwości nośnej, równowaga między dwiema połówkami środkowego odczepu wtórnego zostaje zniszczona i występuje napięcie wyjściowe proporcjonalne do odchylenia częstotliwości.

Detektor proporcji

Detektor proporcji wykorzystujący diody półprzewodnikowe

Detektor współczynnika jest odmianą dyskryminatora Fostera-Seeleya, ale jedna dioda przewodzi w przeciwnym kierunku i wykorzystuje uzwojenie trzeciorzędowe w poprzedzającym transformatorze. Wyjście w tym przypadku jest pobierane między sumą napięć diody a odczepem środkowym. Wyjście na diodach jest połączone z kondensatorem o dużej wartości, który eliminuje szum AM na wyjściu detektora współczynnika. Detektor proporcji ma tę przewagę nad dyskryminatorem Fostera-Seeleya, że nie reaguje na sygnały AM , potencjalnie oszczędzając stopień ogranicznika; jednak wyjście stanowi tylko 50% wyjścia dyskryminatora dla tego samego sygnału wejściowego. Detektor proporcji ma szersze pasmo, ale więcej zniekształceń niż dyskryminator Fostera-Seeleya.

Detektor kwadraturowy

W detektorach kwadraturowych odbierany sygnał FM jest dzielony na dwa sygnały. Jeden z dwóch sygnałów jest następnie przepuszczany przez kondensator o wysokiej reaktancji , który przesuwa fazę tego sygnału o 90 stopni. Ten przesunięty fazowo sygnał jest następnie podawany do obwodu LC, który jest rezonansowy przy niemodulowanej, „środkowej” lub „nośnej” częstotliwości sygnału FM. Jeżeli częstotliwość odbieranego sygnału FM jest równa częstotliwości środkowej, to oba sygnały będą miały 90-stopniową różnicę faz i mówi się, że są w „kwadraturze fazy” — stąd nazwa tej metody. Oba sygnały są następnie mnożone razem w urządzeniu analogowym lub cyfrowym, które służy jako detektor fazy; czyli urządzenie, którego wyjście jest proporcjonalne do różnicy faz między dwoma sygnałami. W przypadku niemodulowanego sygnału FM wyjście detektora fazy jest — po przefiltrowaniu wyjścia ; to znaczy uśredniony w czasie — stały; mianowicie zero. Jeśli jednak odbierany sygnał FM został zmodulowany, jego częstotliwość będzie się różnić od częstotliwości środkowej. W takim przypadku obwód rezonansowy LC będzie dalej przesuwał fazę sygnału z kondensatora, tak że całkowite przesunięcie fazowe sygnału będzie sumą 90 stopni narzuconych przez kondensator oraz dodatniej lub ujemnej zmiany fazy narzuconej przez Obwód LC. Teraz sygnał wyjściowy z detektora fazy będzie się różnił od zera iw ten sposób odzyskuje się oryginalny sygnał, który został użyty do modulacji nośnej FM.

Ten proces wykrywania można również zrealizować przez połączenie w bramce logicznej wyłącznego OR (XOR) oryginalnego sygnału FM i fali prostokątnej, której częstotliwość jest równa częstotliwości środkowej sygnału FM. Bramka XOR wytwarza impuls wyjściowy, którego czas trwania jest równy różnicy między czasami przejścia fali prostokątnej i odebranego sygnału FM przez zero woltów. Ponieważ częstotliwość sygnału FM różni się od jego niemodulowanej częstotliwości środkowej (która jest również częstotliwością fali prostokątnej), impulsy wyjściowe z bramki XOR stają się dłuższe lub krótsze. (Zasadniczo ten detektor kwadraturowy przekształca sygnał FM na sygnał z modulacją szerokości impulsu (PWM).) Kiedy te impulsy są filtrowane, moc wyjściowa filtra wzrasta, gdy impulsy rosną, a spada, gdy impulsy stają się krótsze. W ten sposób odzyskuje się oryginalny sygnał, który został użyty do modulacji nośnej FM.

Inne detektory FM

Mniej popularne, wyspecjalizowane lub przestarzałe typy detektorów obejmują:

Travis lub podwójnie strojony dyskryminator obwodów wykorzystujący dwa nieoddziałujące obwody strojone powyżej i poniżej nominalnej częstotliwości środkowej
Dyskryminator Weissa, który wykorzystuje pojedynczy obwód strojony LC lub kryształ
Dyskryminator liczby impulsów, który przekształca częstotliwość na ciąg impulsów o stałej amplitudzie, wytwarzając napięcie wprost proporcjonalne do częstotliwości.

Detektor pętli fazowej

Pętli fazowej czujnik nie wymaga sieci LC częstotliwościowo selektywnym dokonać demodulacji. W tym systemie oscylator sterowany napięciem (VCO) jest blokowany fazowo przez pętlę sprzężenia zwrotnego , co zmusza VCO do śledzenia zmian częstotliwości przychodzącego sygnału FM. Napięcie błędu niskiej częstotliwości, które zmusza częstotliwość VCO do śledzenia częstotliwości modulowanego sygnału FM, jest demodulowanym wyjściem audio. Detektor pętli synchronizacji fazy nie powinien być mylony z syntezatorem częstotliwości pętli synchronizacji fazy, który jest często używany w dostrojonych cyfrowo radiach AM i FM do generowania częstotliwości lokalnego oscylatora .

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Multimedia związane z detektorami (radio) w Wikimedia Commons
Proste schematy blokowe i opisy kluczowych obwodów dla nadajników i odbiorników FM: [1]

Languages

In other projects