Новый метод детектирования ЧМ сигналов
Радио, 1950, №10
Радиолюбители, собирающие приёмники с частотной модуляцией, сталкиваются с трудностями при налаживании частотного детектора.
Недавно была предложена новая схема фазового детектора, пригодного для детектирования ЧМ сигналов, которая при хорошем качестве работы достаточно проста в осуществлении и настройке.
Многочисленные испытания показали, что в описываемой схеме хорошо работает лампа 6Л7. Полагаем, что не хуже будут работать лампы 6А10 (6SA7) и 6А8.
Схема применима как в супергетеродинах, так и в приёмниках прямого усиления, для которых применение обычного дискриминатора для детектирования ЧМ сигналов особенно затруднительно.
В упрощённом виде предлагаемая схема изображена на рис. 1. Здесь напряжение сигнала, модулированного по частоте, подаётся на третью сетку гептода. Катушка Lc н конденсатор Сс образуют нагрузочный контур для последней ступени усилителя высокой или промежуточной частоты.
Рис. 1.
Если на экранные сетки подать небольшое положительное напряжение (30...50 В), то лампа будет иметь короткий левый участок характеристики (-1,5...3 В) и при больших уровнях сигнала мы получим естественное ограничение анодного тока.
На первую сетку гептода включается контур LкCк, настраивающийся на среднюю частоту полосы пропускания УВЧ (или УПЧ), т. е. на частоту сигнала без модуляции.
Этот контур в дальнейшем мы будем называть квадратурным.
Между контурами первой и третьей сеток не должно быть никакой паразитной связи. Располагать их лучше на разных сторонах шасси. Возбуждение колебаний в квадратурном контуре происходит вследствие влияния на первую сетку электронного потока, управляемого третьей (сигнальной) сеткой.
Рассмотрим принцип действия такой схемы.
Как известно, на анодный ток смесительной лампы, в левой части характеристики, первая и третья сетки влияют примерно одинаково. Предположим, что к обеим сеткам прикладывается напряжение одной и той же частоты (синхронное возбуждение). Посмотрим, как будет меняться форма колебаний и среднее значение анодного тока при изменении относительной фазы напряжения на обеих сетках. Для простоты рассуждения предположим, что на сетки подаётся напряжение прямоугольной формы и такой амплитуды, что при отрицательном полупериоде на одной из управляющих сеток анодный ток ламп запирается независимо от знака напряжения на второй сетке.
Рис. 2.
Такой режим в гептоде типа 6Л7 легко достижим. Форма импульсов анодного тока (рис. 2) будет сильно зависеть от относительного фазового сдвига между напряжениями на сетках. Очевидно, что анодный ток может проходить только в течение той части периода, когда на обеих управляющих сетках напряжение имеет положительный знак. Форма импульсов анодного тока будет подобна возбуждающему напряжению только при полной синфазности обоих напряжений. При относительном сдвиге напряжений на 90° импульсы анодного тока будут вдвое уже, чем при синфазных напряжениях.
При сдвиге фаз напряжений на 180° (противофазное возбуждение) анодный ток вообще прекратится. Таким образом, средним значением анодного тока за период можно управлять путём относительного сдвига фаз напряжений на сетках.
Аналогичная картина получится, если управляющие сетки ламп питать напряжениями не прямоугольной, а синусоидальной формы. Если напряжения на сетках недостаточны для полного прекращения анодного тока, то все же его величина будет меняться в некоторых пределах.
Возвратимся к схеме, приведённой на рис. 1. Если на третью сетку подаётся переменное напряжение с частотой, на которую настроен квадратурный контур, то напряжение, наведённое в этом контуре, будет отставать по фазе на 90° от фазы возбуждающего напряжения и установится некоторая средняя величина анодного тока I0 (рис. 3).
Рис. 3.
Если увеличить частоту возбуждения, то относительный сдвиг фаз также увеличится, что приведёт к уменьшению анодного тока. При частоте возбуждения ниже резонансной частоты квадратурного контура относительный сдвиг фаз напряжений будет меньше 90° и анодный ток возрастёт. Очевидно, что если на третью сетку подать частотно-модулированные колебания, то изменения среднего значения анодного тока будут соответствовать модулирующему сигналу и с анодной нагрузки лампы мы сможем снять колебания низкой частоты.
Характеристика этого детектора достаточно линейна в пределах полосы пропускания квадратурного контура. Отсюда следует, что контур должен иметь такое затухание, чтобы при расстройке на величину девиации завал резонансной характеристики был не более 0,7 от резонансного значения.
Увеличение затухания квадратурного контура приводит к уменьшению крутизны характеристики детектора. Практически для принятой у нас девиации частоты в 75 кГц достаточна полоса пропускания около 300 кГц.
В приёмнике прямого усиления с полосой пропускания в 300 кГц необходим контур, имеющий добротность около двухсот. Такой контур на УКВ при непосредственной связи с лампой осуществить не удаётся вследствие шунтирующего действия входного сопротивления лампы. Однако даже при несколько избыточной полосе крутизна характеристики будет достаточной.
В некоторых случаях для получения нужной полосы пропускания приходится шунтировать контур сопротивлением в 20...25 кОм.
Для улучшения работы схемы ёмкость, входящую в квадратурный контур, нужно брать минимальной.
Допустимую добротность контура можно подсчитать по формуле:
Q = fн.зв./0,3 (1)
где Q - добротность, fн.зв. - частота несущей звукового канала в мГц.
Эквивалентное резонансное сопротивление контура (нужное для выбора шунта) можно подсчитать по формуле (2), если известна, хотя бы приблизительно, ёмкость контура:
Roe = Q*103/(2*π*fн.зв.*Ск) (2)
здесь Roe - эквивалентное сопротивление контура в кОм; fн.зв. - в мГц, Ск - ёмкость контура в пф, Q - добротность.
На рис. 4 приведена практическая схема описываемого детектора. Конденсатор Cа, шунтирующий анодную нагрузку, помимо замыкания высоких частот создаёт подавление верхних частот модуляции, что необходимо вследствие подъёма в этой области частотной характеристики модулятора ЧМ передатчика.
Рис. 4.
Величина напряжения звуковой частоты, снимаемого с анодной нагрузки детектора, зависит от режима лампы и главным образом от экранного напряжения, которое в свою очередь следует выбирать в зависимости от напряжения возбуждения на приёмном контуре. Чем больше это напряжение, тем при большем экранном напряжении мы получим эффект ограничения.
Не следует забывать, что катодный, экранный и анодный токи содержат как низкочастотную, так и высокочастотную составляющие и поэтому цепи питания и автоматического смещения следует блокировать большими ёмкостями, шунтированными безиндукционными конденсаторами.
Налаживание фазового детектора легко осуществить контролем на слух за работой передатчика. Если есть высокочастотный генератор, то квадратурный контур можно настроить по миллиамперметру, включённому в анодную цепь детектора. Сигнал с генератора напряжением 2-3 В подаётся на третью сетку детектора. Меняя настройку квадратурного контура, убеждаемся по показаниям анодного миллиамперметра в получении характеристики, подобной рис. 3 (в этом случае меняется не частота возбуждения, а резонансная частота контура), и устанавливаем настройку, соответствующую среднему (между наименьшим и наибольшим) отклонению миллиамперметра.
В описанной схеме можно использовать и высокочастотные пентоды.
В этом случае приёмный контур включается на первую сетку, а квадратурный - на пентодную. Для увеличения возбуждения квадратурного контура между анодом и шунтированной ёмкостью нагрузкой включается сопротивление в 500-1000 Ом. Квадратурный контур возбуждается через ёмкость анод-пентодная сетка. Связь можно увеличить путём подключения конденсатора в 3-5 пф между анодом п пентодной сеткой.
Следует иметь в виду, что в случае применения пентодов дополнительное сопротивление в аноде вносит в квадратурный контур некоторое затухание и шунт может не потребоваться.
В. Король