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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 주요 동기 검출기. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 라디오 아마추어 디자이너 키 동기 검출기의 작동 원리는 그림 1에 나와 있습니다. 하나.
장치에는 차동 입력이 있습니다. 두 개의 동일한 감지 신호가 고속 전자 스위치에 역위상으로 적용됩니다. 단순화를 위해 그림에서 1개의 스위치는 기계식으로 표시됩니다. 우리는 이것이 이상적이라고 가정할 것입니다. 즉, 스위칭이 즉시 발생하고 닫힌 상태에서의 저항은 0입니다. 스위치의 작동은 일반적으로 기준이라고 하는 신호에 의해 제어됩니다. 이동 접점이 현재 양의 전압이 존재하는 입력에 항상 연결되도록 기준 신호가 스위치의 작동을 제어하도록 합니다. 이는 기준 신호가 감지된 신호와 동기화된 경우 가능하며, 이것이 바로 이 감지기를 동기식이라고 부르는 이유입니다. 명확성을 위해 검출된 신호와 기준 신호 사이의 위상 변이 각도 j 개념을 도입하는 것이 유용합니다(이 경우 j = 2). 스위치 출력에서 전파장과 모양이 동일한 신호를 얻습니다. 정류된 신호. 그런 다음 이 신호는 정류된 전압의 리플을 완화하는 통합 RC 회로를 통과합니다. 체인 출력에서 전압은 XNUMX/PI*Uc와 같습니다. 비선형 요소의 참여 없이 직선화가 발생했습니다. 여기서 우리는 동기식 검출기의 첫 번째 놀라운 특성, 즉 검출된 신호의 모든 진폭에서 선형적으로 검출할 수 있는 능력을 발견합니다. 이는 수많은 응용 분야에서 매우 매력적입니다. 불행하게도 동기식 기준 신호를 구현하는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다. 기준 신호의 위상이 180° 변경되면 스위치가 입력 전압의 음의 반파만 통과하므로 출력 전압의 극성이 변경됩니다. 위상 변이가 90°이면 스위치는 그림에서 볼 수 있듯이 양의 반파장과 음의 반파장을 모두 통과합니다. 1. 통합 체인의 출력에서 신호는 2이 됩니다. 임의의 위상 변이가 있는 장치 회로를 분석하면 이 경우 통합 체인의 출력에서 신호가 XNUMX/PI*Uccos(f)와 같다는 결론에 도달합니다. 동기식 검출기의 두 번째 놀라운 특성은 위상 특성입니다. 위상 검출기로 작동할 수 있습니다. 이러한 위상 검출기의 응용 분야 중 하나를 고려해 보겠습니다. 출력 신호 2/PI*Uccos(f)를 생성하는 이 동기 검출기 외에도 참조 신호의 위상이 추가로 90° 이동되는 다른 유사한 검출기를 사용하는 경우 이 출력에서 추가 검출기의 신호는 2/PI*Ucsin(f)과 같습니다. 결과적으로 신호의 활성 성분과 반응 성분을 분리하는 것이 가능해집니다. 다음으로 비동기 모드에서 동기 검출기의 작동을 고려해 보겠습니다. Fc를 감지된 신호의 주파수, F0를 기준 신호의 주파수로 하면 이들 신호 사이의 위상 변이는 j = (Fc - F0)t와 같습니다. 결과적으로 동기 검출기의 출력은 일정하지 않고 차 주파수의 교류 전압을 생성합니다. 그러나 이 전압은 통합 RC 회로의 출력에서 얻어지며, 이는 차동 주파수가 증가함에 따라 전압 진폭을 감소시킵니다. 동기 검출기 출력의 총 전압 값은 다음 식에 의해 결정됩니다.
이 신호 진폭의 주파수 의존성은 품질 계수 Q = F0RC, 대역폭 df = 1/(PI*RC) 및 공진 주파수 F0를 갖는 기존 발진 회로의 것과 동일합니다. 그러나 상당한 질적 차이가 있습니다. 발진 회로를 다룰 때 출력 주파수는 항상 적용된 신호의 주파수와 같습니다. 동기식 검출기의 경우 출력 신호의 주파수는 기준 신호와 검출된 신호의 주파수 차이와 같습니다. 발진 회로는 단일 공진 주파수를 가지며 동기 검출기는 기준 신호 주파수의 모든 홀수 고조파에서 공진 최대값을 나타냅니다. 그림에서. 그림 2는 품질 계수가 100인 동기식 검출기의 주파수 응답을 보여줍니다. 공진은 XNUMX 주파수, 기준 신호의 주파수와 일치하는 주파수, XNUMX배의 주파수 및 기준 신호의 모든 홀수 고조파에서 관찰됩니다. 이러한 다중 주파수는 동기 검파기의 사용을 어렵게 하며, 이러한 단점을 피하기 위해 동기 검파기 앞에 원하지 않는 통과대역을 억제하는 기존 주파수 선택 시스템을 설치해야 합니다. 동기 검출기의 세 번째 놀라운 특성은 주파수 선택 특성입니다.
동기 감지기가 동기 모드에서 작동하고 변조된 신호를 감지하는 경우 감지된 신호에 대해 주파수 선택 속성이 나타납니다. 감지된 신호에 대한 동기 감지기의 대역폭은 절반으로 줄어듭니다. df = 1/(2*PI*RC) 동기 검출기의 품질 계수와 대역폭은 RC 체인의 매개변수를 선택하여 매우 쉽게 변경됩니다. 매우 낮은 품질 요소와 넓은 대역폭을 얻을 수도 있고, 매우 높은 품질 요소와 좁은 대역폭을 얻을 수도 있습니다. 예를 들어, 저항이 1MΩ이고 정전용량이 1μF인 1MHz의 주파수에서 6,28 * 106의 품질 계수와 0,3Hz의 대역폭을 얻습니다. 이러한 품질 계수는 좋은 석영 공진기를 사용해도 얻을 수 없습니다. 한편, 0,001Hz의 대역폭도 달성 가능합니다. 그러나 이러한 이국적인 대역은 매우 약한 신호를 측정하는 경우에만 필요할 수 있습니다.
통합 RC 회로 대신 고차 저역 통과 필터를 사용하면 동기식 검출기의 주파수 선택 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 따라서 3차 필터를 사용하면 주파수 선택을 위해 두 개의 회로가 연결된 필터를 사용할 때와 동일한 주파수 응답을 얻을 수 있습니다. XNUMX차 필터는 XNUMX루프 집중 선택 필터와 동일한 효과를 생성합니다. 그림에서. 그림 XNUMX은 통합 RC 회로 대신 사용할 수 있는 XNUMX차 능동 필터 회로의 예를 보여줍니다. 이러한 필터의 대역폭은 df=1/(2*PI/RC) 동기 검출기는 동기 모드에서 가장 자주 사용됩니다. 이렇게 하려면 동기 기준 신호가 있어야 합니다. 감지기가 폐쇄형 측정 단지의 일부인 경우 일반적으로 동기 기준 신호를 생성하는 데 문제가 없습니다. 무선 신호와 같이 외부에서 들어오는 신호를 감지하는 데 어려움이 발생합니다. 텔레비전에서는 이미지 캐리어 신호의 전용 주파수가 기준 주파수로 사용됩니다. 방송 수신의 경우 PLL 시스템을 사용하여 참조 신호를 구성할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 특수 집적 회로가 생산됩니다. 비동기 모드에서 출력은 차주파수 신호를 생성합니다. 이것이 바람직하지 않은 경우 다음을 수행할 수 있습니다. 기준 신호가 90° 이동된 두 개의 동기식 검출기를 사용해야 합니다. 이러한 감지기의 출력에서 얻은 신호는 제곱되고 추가되어야 합니다. 그런 다음 결과 금액에서 제곱근을 추출합니다. 결과는 차이 주파수를 포함하지 않는 신호입니다.
두 개의 아날로그 스위치를 사용하여 전통적인 동기식 검출기 회로를 구현하는 것은 쉽습니다(그림 4).
이러한 검출기는 최대 1MHz의 주파수에서 작동할 수 있습니다. 입력 및 기준 신호 형성기와 결합하면 장치가 다소 번거로워집니다. 따라서 때로는 그림 5의 다이어그램에 따라 더 간단한 옵션을 선호할 수 있습니다. XNUMX.
이 감지기는 다음과 같이 작동합니다. 스위치가 음수 입력 신호에 대해 열려 있고 양수 입력 신호에 대해 닫혀 있다고 가정해 보겠습니다. 스위치가 열리면 이득이 -1인 반전 증폭기가 생기고 연산 증폭기 출력의 음의 입력 전압은 양의 값이 됩니다. 키가 닫혀 있으면 장치는 중계기의 속성을 획득합니다. 결과적으로 연산 증폭기 출력에서 전파 정류 신호를 얻습니다. 키 작동의 다른 단계에서는 기존 키 동기 감지기에서와 동일한 출력 신호를 얻습니다. 이 옵션은 이전 옵션에 비해 성능이 크게 낮으며 최대 10kHz의 주파수에서 사용할 수 있습니다. 가장 빠른 키 동기 검출기는 신호 승수를 기반으로 얻을 수 있습니다. 작동 원리는 간단합니다. 감지된 신호와 참조 신호의 부호가 동일한 경우 곱셈 후에 감지된 신호의 모양을 유지하는 양의 신호를 얻습니다. 업계에서는 다양한 유형의 신호 증배기를 생산합니다. 그 중 일부만이 아날로그 신호(예: K525PS2)를 곱할 수 있으며 이를 기반으로 고전적인 특성을 가진 주요 동기식 감지기 회로를 만드는 것이 가능합니다. 대부분의 신호 증배기는 무선 수신 장비의 주파수 변환기(종종 "더블 밸런스 믹서"라고 함)로 의도된 목적으로 사용됩니다. 동기 검출기로도 사용할 수 있지만 출력 신호는 차동 신호이며 나중에 제거해야 할 일부 상수 구성 요소가 추가됩니다. 동기 검출기의 가능한 버전에 대한 다이어그램이 그림 6에 나와 있습니다. XNUMX.
검출기는 최대 1MHz의 주파수까지 작동합니다. 더 높은 주파수에서는 약 1V의 진폭을 가져야 하는 직사각형 기준 신호를 형성하는 데 어려움이 발생합니다. 감지된 신호가 없으면 트리밍 저항기가 출력 전압을 XNUMX으로 설정합니다. 장치의 단점은 출력 전압이 기준 진폭에 의존한다는 것입니다. 이 검출기는 동기 검출기로 작동하고 최대 수백 메가헤르츠의 주파수까지 정현파 기준 신호를 사용하지만 더 이상 주요 동기 검출기가 아니라 승산기의 동기 검출기가 됩니다. 실제로 신호를 곱할 때 Uccos(Ft + f) 및 Uccos(Ft) 1/2*U0Uc[cos(f)+cos(2Ft+f)] 주파수가 두 배인 두 번째 신호는 검출기 출력의 통합 체인에 의해 억제되어 다음과 같이 됩니다. 1/2U0Uccos(f). 질적으로는 주요 동기 검출기와 동일한 결과이지만 이제 기준 신호의 크기에 의존하므로 회로 측정에는 그다지 좋지 않습니다. 문학:
저자: 헨리 페틴
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