Синхронный детектор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержа1ций последовательно соединенные входной усилитель и первый преобразователь частоты, и последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты , второй преобразователь частоты и усилитель постоянного тока, а также первый и второй формирователи опорных напряжений, причем выход первого формирователя опорного напряления подключен к второму входу первого преобразователя частоты, а выход второго формирователя опорного напряжения - к третьему входу первого и к второму входу второго преобразователей частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы рабочихчастот в область низких частот и обеспечения возможности спект-. рального анализа входного сигнала, первый преобразователь частоты выполнен в виде 1) -канального фильтра, содержащего N интегрирующих цепей, J: включенных между первым и вторым W -канальными коммутаторами, при этом вход первого и выход второго N-ка- В )Т- f нальных коммутаторов являются соот ° кЛ ветственно входом и выходом первого ,-К: преобразователя частоты, а между ходом первого преобразователя часэчнон тоты tt входом усилителя промежуточно частоты включен селективный фильтр, в ---- CJ

СОЮЗ. СОВЕТСКИХ

NIHVHOIW

РЕСПУБЛИК

%58 Н ОЗЗ 1 22: 1

OflMCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЙ!.: ..;:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ I — — -

ГОС1ЩАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AG ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3360292/18-09 (22) 23. 11. 81 (46) 07.06.83. Бюл. 9 21 (72) И.л.зайцевский, Б.И.Хижняк и А.П.Шатунов (71) Институт полупроводников

AH Украинской ССР (53) 621.376.239(088.8) (56) 1. Патент США 9 3764924, кл. 329 -50, 1973.

2. Каталог фирмы PA RC Lock-in

Аар1Ыiers, 1977, с.17, фиг.1 (прототип). (54)(57) СИНХРОННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержащий последовательно соединенные входной усилитель и первый преобразователь частоты, и последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, второй преобразователь частоты- и усилитель постоянного тока, а также первый и второй формирователи опорных напряжений, причем выход,SU„„S5 . А первого формирователя опорного напря,жения подключен к второму входу первого преобразователя частоты, а выход второго формирователя опорного напряжения — к третьему входу первого и к второму входу второго преобразователей частоты, отличающийся тем, что, с целью расащрения полосы рабочих частот в область низких частот и обеспечения возможности спект-. рального анализа входного сигнала, первый преобразователь частоты samoaнен в виде М -канального фильтра, содержащего N интегрирующим цепей, включенных между первым и вторым и -канальными коммутаторами, при этом .вход первого и выход второго М-ка- Я нальных коммутаторов являются соответственно входом и выходом первого преобразователя частоты, а между вы,ходом первого преобразователя частоты и входом усилителя промежуточно частоты включен селективный фильтр.

° б

Мю

1022285

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения амплитуды слабых низкочастотных и инфранизкочастотных периодических сигналов, а также их гармо-. ник на фоне сильных аддитивных помех, намного превышающих по мощности полезный сигнал.

Известен синхронный детектор, содержащий первый и второй переключающие элементы, подключенные соответственно к входам дифференциального узкополосного фильтра нижних частот, а. также блок управления переключающими элементами и входной усилитель с полосовым фильтром 1). 15

Данный синхронный детектор обладает высокой избирательностью, но имеет ограниченную чувствительность.

Этого недостатка лишены синхронные детекторы с преобразованием частоты, в которых основное усиление производится на промежуточной частоте.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является синхронный детектор с преобразованием частоты, содержащий последовательно соединенные входной усилитель, первый преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, второй преобразователь частоты, усилитель постоянного тока, а также первый и второй формирователи опорных напряжений, причем выход первого формирователя опорного напряжения подключен к второму входу первого преобразователя частоты, а выход второго формирователя опорного напряжения— к третьему входу первого и второму входу второго преобразователей частоты. При этом первый преобразователь 40 частоты содержит последовательно соединенные третий и четвертый преобразователи частоты и синхронный гребенчатый фильтр, причем второй вход третьего преобразователя часто- 45 ты и управляющий вход синхронного гребенчатого фильтра соединены с выходом второго формирователя опорного напряжения, а второй вход четвертого преобразователя частоты — с выходом первого формирователя опорного напряжения12 ., Недостатком известного синхронного детектора является ограниченная полоса рабочих частот в области низких частот, а также невозможность осуществления спектрального анализа входного сигнала.

Объясняется это тем, что при фиксированной частоте F> второго формирователя опорного напряжения полоса рабочих частот входного сигнала F+ ограничена со стороны низких частот условием F Ъ0,5%1, что следует из принципа работы первого преобразователя частоты, в котором четвертый 65 преобразователь частоты выполняет функцию бифазного модулятора, а третий преобразователь частоты совместно с синхронным гребенчатым фильтром — роль фазочувствительного выпрямителя. При этом преобразование частоты в первом преобразователе частоты осуществляется с предварительной фазовой манипуляцией сигнала, а при частоте фазовой манипуляции ниже частоты сигнала среднее значение выходного сигнала фазового манипулятора быстро уменьшается, обращаясь в нуль при Г /2, Г /4 и т.д.

Уменьшение же частоты F< ниже определенных значений приводит к снижению качества фильтрации сигнала из-за роста низкочастотных шумов и к трудностям при реализации устройства в целом.

Кроме того, с помощью известйого синхронного детектора невозможно осуществить спектральный анализ входного сигнала, поскольку АЧХ его носит гребенчатый характер.

Цель изобретения — расширение полосы рабочих частот в область низких частот и обеспечение возможности спектрального анализа входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в синхронном детекторе, содержащем последовательно соединенные входной усилитель и первый преобразователь частоты, и последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, второй преобразователь частоты и усилитель постоянного тока, а также первый и второй формирователи опорных напряжений, причем выход первого формирователя опорного напряжения подключен к второму входу первого преобразователя частоты, а выход второго формирователя опорного напряжения - к третьему входу первого и к второму входу второго преобразователей частоты, первый преобразователь частоты выполнен в виде Й -канального фильтра, содержащего Й-интегрирующих цепей, включенных между первым и вторым Й-канальными коммутаторами, нри этом вход первого ! и вью<од второго Й-канальных комму" таторов являются соответственно входом и выходом первого преобразова-, теля частоты, а между выходом первого преобразователя частоты и входом усилителя промежуточной частоты включен селективный фильтр.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Синхронный детектор содержит входной усилитель 1, первый преобразователь 2 частоты, селективный фильтр 3, усилитель 4 промежуточной частоты, второй преобразователь 5 частоты, усилитель 6 постоянного тока, первый и второй формирователи 7 и 8 опорных

Составитель А.Осипович

Редактор Н.Стащишина Техред А.Вабинец Корректор O.Áèëàê

Заказ 4063/48 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35; Раушская. иаб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,.ул. Проектная, 4 напряжений. При,этом первый преобразователь 2 частоты содержит Й -интегрирующих цепей 9, первый н второй

Й -канальные коммутаторы 10 и 11.

Синхронный детектор работает следующим образом.

Входной периодический сигнал с час-. тотой Q и аддитивные помехи усиливаютая входным усилителем 1 и поступают на вход первого преобразователя 2 частоты. 10

Первый Й -каналь ный коммутатор

10,.управляемый формирователем 7 опорного напряжения поочередно подключает интегрирующие цепи 9 к выходу входного усилителя 1. При этом $5 частота его коммутации равна частоте входного сигнала. В результате на конденсаторах интегрирующих цепей 9 накапливаются напряжения, величины которых равны средним эначени- 0 ям входного сигнала в соответствующие части его периоДа, Равные1 МТе, а аддитивные помехи, например белый шум, усредняются и их вклад

: 1 в накопленное конденсаторами напря- 25 жение сводится к нулю. .Второй .Й вЂ” канальный коммута,тор 11, управляемый от второго формирователя. 8 опорного напряжения, поочередно подключает выходы интегрирующих цепей 9 к входу селективного фильтра 3 .с частотой F на время 1 И . Таким образом, s преобразователе 2 частоты его входной периодический сигнал Р©преобразуется 35 в ступенчатый периодический сигнал с частотой F, повторяющий форму входного сигнала. Причем форма вход-ного сигнала сохраняется неизменной при изменении частоты второго формирователя опорного напряжения,посколь- 40 ку с памощЬю первого коммутатора 10 .входной сигнал переносится Фактически на. нулевую частоту, т.е. синхрон, но детектируется.

При этом становится возможным уси-45 ливать преобразованный сигнал на частотах гораздо выше инфранизких, т.е. на частоте Fz. Отфильтрованный селективным фильтром 3 и усиленный усилителем 4 промежуточной частоты сигнал поступает на вход. второго ripeобраэователя 5 частоты, где смешивается с сигналом второго формирователя 8 опорного напряжения. При этом происходит синхронное детектирование, в результате которого образуется постоянное напряжение на выходе второго преобразователя 5 частоты, величина которого пропорциональна амплитуде входного сигнала и которая затем через усилитель 6 постоянного тока поступает на выход устройства.

Для выделения vl-ой гармоники входного сигнала достаточно настроить селективный фильтр 3 на частоту4 ИТ или перестроить частоту F второго формирователя 8 так, чтобы частота sF соответствовала частоте настройки селективного фильтра 3.

Первый и второй И -канальные коммутаторы 10 и 11 управляются независимо друг от друга и на соотношение частот Fr /Е не накладываются ограничения, характерные для синхронного детектора-прототипа.

Этим обеспечивается расширение полосы рабочих частот в область низких частот независимо от выбора промежуточной частоты F . При этом предоставляется возможность оптимизировать выбор промежуточной частоты для улучшения дальнейшей обработки сигнала по тракту промежуточной частоты, в частности путем выбора ее достаточно высокой, чтобы исключить влияние внутренних низкочастотных шумов усилителей.

Синхронный детектор позволяет измерять сигналы при соотношении сигнал/ шум на его входе — 100 дБ и может эффективно использоваться в полосе частот от 10 Гц до 0,1 Гц по сравнению с прототипом, у которого нижняя рабочая частота ограничена величиной

5-10 Гц.