ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ДИСКРИМИНАТОР

Предлагаемый вниманию читателей вариант дискриминатора предназначен для демодуляции сигналов с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ). Его можно использовать для демодуляции ЧМ сигналов и в устройствах автоподстройки частоты, где ЧМ сигнал предварительно преобразован в ШИМ; в импульсных диапазонных генераторах он может служить для поддержания постоянной скважности в рабочем частотном интервале. Дискриминатор может оказаться полезным в устройствах автоматики, позволяя обойтись без регулировки порога срабатывания устройств, поскольку ему соответствует нулевой уровень напряжения.

Характеристика дискриминатора симметрична относительно "нуля" (рис.1), соответствующего скважности Q импульсов на входе дискриминатора:

Q=T/to=2,

где Т - период следования импульсов, to - длительность импульса. Линейна характеристика тем более, чем ближе к прямоугольной форма входного сигнала; при синусоидальном входном сигнале она S-образна. Степень кривизны характеристики реально зависит также от частоты входного сигнала и емкости нагрузки.

При отклонении длительности импульса относительно значения to узел вырабатывает напряжение положительной или отрицательной полярности в зависимости от знака отклонения, пропорциональное глубине отклонения.

Принципиальная схема дискриминатора изображена на рис.2. Устройство состоит из двух делителей частоты на 2, собранных на триггерах DD2.1 и DD2.2, и фазового детектора на транзисторе VT1. Последовательность импульсов с ШИМ на вход С триггера DD2.1 поступает непосредственно, а на вход С триггера DD2.2 - через инвертор DD1.1. В результате деления частоты противофазных колебаний на прямом выходе обоих триггеров формируются две последовательности импульсов вида "меандр", сдвинутых одна относительно другой по фазе. Фазовый сдвиг пропорционален длительности импульсов и находится в пределах 0 < ф < 180°.

На рис.3 представлены диаграммы напряжения в характерных точках узла при скважности входных импульсов Q=2. Диаграммы показывают, что сдвиг фазы сигналов при этом равен 90°.

С прямого выхода триггера DD2.1 через разделительный конденсатор С1, устраняющий из спектра сигнала постоянную составляющую, напряжение поступает на вход фазового детектора - на сток полевого транзистора VT1. Подстроечный резистор R1 служит для установления такого уровня входного сигнала, чтобы он не превышал верхнюю границу динамического диапазона демодулятора. В противном случае возникает асимметрия его характеристики из-за эффекта прямого детектирования входного сигнала на нелинейности канала транзистора. На затвор транзистора поступают импульсы с прямого выхода триггера DD2.2, обеспечивая работу транзистора в ключевом режиме.

Фильтр R2C2 выделяет постоянную составляющую выходного напряжения, пропорциональную ф, которая далее поступает на вход усилителя постоянного тока. Диаграмма 4 на рис.3 показывает форму выходного напряжения узла при отключенном конденсаторе С2. Очевидно, что при скважности входных импульсов Q=2 постоянная составляющая напряжения равна нулю. Постоянную времени фильтра выбирают исходя из конкретной области применения дискриминатора. На схеме указаны номиналы элементов фильтра для случая использования дискриминатора в качестве демодулятора ЧМ сигналов с параметрами: fо= =500 кГц, f=12 кГц, O=4 кГц. При напряжении на входе фазового детектора 0,5 В крутизна характеристики равна примерно 0,2 мВ/кГц, поэтому на выходе детектора необходим усилитель.

Резисторы и конденсаторы, применяемые в узле, могут быть любого типа. Полевой транзистор выбирают с напряжением отсечки не более 3,5 В.

Налаживание дискриминатора сводится к установлению на входе фазового детектора такого уровня напряжения, который не вызывает сдвига "нуля" характеристики. Подав на вход узла сигнал вида "меандр", подстроечным резистором R1 устанавливают нулевое напряжение выходе усилителя постоянного тока. Изменение скважности импульсов при этом должно сопровождаться симметричным отклонением напряжения в обе стороны относительно "нуля".

Автор: А.РУДНЕВ