Фазовый детектор

ОПИСАНИЕИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликОпубликовано 07.08,82. Бюллетень 29Дата опубликования описания 07.08.82 пв лелем кзееретеиий и еткрмтий(54) ФАЗОВ Ы й ДЕТЕКТОР 1Изобретение относится к фазовым детекторам и может найти применение в радио- приемной и измерительной технике,Известен фазовый детектор (ФД), содержащий ключ, управляемый опорным напряжением, и выполненный на полевом транзисторе операционный усилитель, а также входные цепи на резисторах 1:Мощность источника опорного напряжения, приложенная к затвору полевого транзистора, в данном случае может быть незначительной, однако ввиду разброса параметров транзистора величина напряжения, подаваемого на затвор, должна быть относительно большой. Это обстоятельство может потребовать дополнительного усиления опорного напряжения. Включение в схему ФД операционного усилителя приводит к дополнительному существенному расходу мощности источника питания, что накладывает серьезные ограничения на возможность использования данного детектора в портативной аппаратуре.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фазовый детектор, содержащий первый полевой транзистор, сток которого через первый конденсатор соединен с источником входного сигнала, исток подключен к общей шине, а затвор через второй конденсатор соединен с источником опорного сигнала, фильтр нижних частот, подключенный к стоку первого полевого транзистора, и первый резистор,подключенный одним выводом к затвору первого полевого транзистора 2..В данном ФД используется полевой транзистор, изготовленный по специальной технологии. Благодаря специальной конструкции и технологии изготовления, транзистор обладает заданными симметричными характеристиками в широком диапазоне стоковых отрицательных и положительных напряжений. На первый и второй входы ФД необходи мо подавать напряжение относительно большой амплитуды (порядка 5 - 10 В). Это свидетельствует о низкой чувствительности ФД, что накладывает ограничения на возможность использования схемы в портативной радиоаппаратуре. Кроме того, данный ФД не позволяет использовать типовые транзисторы. Цель изобретения - повышение чувствительности.5 1 О 15 го 25 зо 35 40 45 ю 55 Поставленная цель достигается тем, что в фазовый детектор, содержащий первый полевой транзистор, сток которого через первый конденсатор соединен с источником входного сигнала, исток подключен к общей шине, а затвор через второй конденсатор соединен с источником опорного сигнала, фильтр нижних частот, подключенный к стоку первого полевого транзистора, и первый резистор, подключенный одним выводом к затвору первого полевого транзистора, введены второй и третий полевые транзисторы, затвор и исток второго полевого транзистора соединены соответственно с затвором и истоком первого полевого транзистора, сток второго полевого транзистора соединен с истоком третьего полевого транзистора и через параллельно соединенные третий конденсатор и второй резистор подключен к одному полюсу источника питания, затвор третьего полевого транзистора подключен к делителю напряжения источника питания, а его сток - к другому выводу первого резистора и через третий резистор - к другому полюсу источника питания, при этом первый и второй полевые транзисторы имеют одинаковый тип проводимости, а третий - противоположный.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого фазового детектора.Фазовый детектор содержит первый полевой транзистор 1, первый резистор 2, источник 3 входного сигнала, источник 4 опорного сигнала, общую шину 5, первый конденсатор 6, второй конденсатор 7, фильтр 8 нижних частот, один полюс 9 источника питания, выходную шину 10, второй полевой транзистор 11, третий полевой транзистор 12, второй резистор 13, третий конденсатор 14, третий резистор 15, делитель 16 напряжения источника питания, другой полюс 17 источника питания.Фазовый детектор работает следующим образом.Входной подлежащий детектированию сигнал поступает на обкладку конденсатора 6. В случае, если канал полевого транзистора 1 будет постоянно закрыт, то на противоположной обкладке конденсатора 6 будет действовать относительно общей шины 5 симметричный синусоидальный сигнал, не содержащий постоянной составляющей. Если с помощью опорного напряжения источника 4, поданного через конденсатор 7 к затвору транзистора 1, управлять проводимостью канала этого транзистора так, чтобы канал в течение полупериода менее открывался, то конденсатор 6 будет дополнительно заряжаться, а постоянная составляющая напряжения, возникающая вследствие дополнительного заряда, будет через фильтр 8 поступать на выходную шину 10, Благодаря наличию фильтра 8 переменная составляющая на выходной шине 1 будет отсутствовать. В зависимости от фазовых соотношений сигнала и опорного напряжения выходное постоянное напряжение на шине 10 может иметь разный знак и величину.Для периодического изменения проводимости канала полевого транзистора, обеспечивающего условия оптимального детектирования сигнала, можно ограничиться величиной опорного напряжения в 10 - 20 раз менее напряжения, действующего в схеме прототипа, при условии подачи на затвор полевого транзистора дополнительно постоянного напряжения смещения с точно подобранной его величиной и стабилизированной во времени.При оптимальной величине напряжения смещения формируется периодическая проводимость канала полевого транзистора 1. Дополнительно введенный в схему второй полевой транзистор 11, который технологически изготавливается в паре с транзистором 1, имеет идентичные с ним характеристики. При подаче напряжения смещения на затворы транзисторов 1 и 11 в цепи стока транзистора 11, который через резистор 13 и конденсатор 14 подсоединен к одному полюсу (9) источника питания, будут протекать импульсы тока. Благодаря фильтрующему воздействию конденсатора 14, через резистор 13 будет протекать постоянная составляющая, величина которой находится в прямой зависимости от величины импульсов тока.Величина стокового тока транзистора 12, протекающего через резистор 15 к другому полюсу 17 источника, равна разности между общим током резистора 13, определяемого режимом транзистора 12, и постоянной составляющей стокового тока транзистора 11, стоковый ток транзистора 12 на резисторе 15 вызывает падение напряжения, которое через резистор 2 подается на затворы транзисторов 1 и 11.Таким образом, в цепи затвор транзистора 11 - сток транзистора 11 - исток транзистора 12 - сток транзистора 12 - резистор 2 - затвор транзистора 11 существует отрицательная обратная связь, которая стабилизирует постоянную составляющую, а следовательно, величину импульсов и угол отсечки стокового тока транзистора 11. Благодаря стабилизации угла отсечки стокового тока транзистора стабилизируется и оптимальная форма кривой проводимости канала транзистора 1.Благодаря периодическому изменению проводимости канала транзистора 1 кривая напряжения сигнала смещается на величину постоянной составляющей напряжения на конденсаторе 6. На выход фазового детектора поступает только постоянная составляющая, переменная составляющая входного сигнала закорачивается через фильтр 8.949772 Формула изобретения 5Величина и полярность выходного напряжения зависит от фазовых соотношений входного сигнала и опорного напряжения.Наиболее эффективное применение предлагаемого ФД может найти для случая, когда частота детектируемого сигнала не равна, а кратна частоте опорного напряжения. Эффективность достигается за счет установления и автоматического поддержания малого угла отсечки стокового тока транзистора 11.Угол отсечки стокового тока транзистора1 выбирается такой величины, чтобы ширина импульсов кривой проводимости не превышала половину периода напряжения сигнала.Благодаря введению третьего транзисто 15 ра 12 с делителем 16 напряжения в цепи затвора, с нагрузочным резистором 15 и цепью, состоящей из резистора 13 и конденсатора 14, которая. является общей как для истоковой цепи третьего транзистора 12, так и стоковой цепи второго транзистора 11, 20 стабилизируется постоянная составляющая стокового тока второго транзистора 11. Кроме постоянной составляющей в цепи стока второго транзистора 11 благодаря наличию на его затворе опорного напряжения в це пи стока будет присутствовать переменная составляющая. Путем установления и стабилизации постоянной составляющей стокового тока определенной величины можно обеспечить форму стокового транзистора 11 в виде импульсов заданной ширины (не бо- З 0 лее полупериода напряжения сигнала). С другой стороны протекание стоковых импульсов можно рассматривать как результат создания периодической проводимости канала под воздействием приложенных к затвору синусоидального и постоянного напряжений,Поскольку первый транзистор 1 имеет такие же характеристики как и второй транзистор 11 и к его затвору приложены те же напряжения, что и к второму транзистору 11, то проводимость затвора будет изме няться также периодически, тем самым создавая оптимальные условия для детектирования сигнала.Благодаря введению третьего транзистора 12 при опорном напряжении, которое также поступает на затвор второго транзистора 11, величиной в 10 - 20 раз меньше чем в прототипе, можно автоматически поддерживать постоянную составляющую стокового тока второго транзистора 11 такой величины, чтобы длительность импульсов тока не превышала полупериода напряжения сигнала и, следовательно, время нахождения канала транзисторав проводящем состоянии также не превышало полупериода напряжения сигнала. Уменьшение опорного напряжения влечет повышение чувствительности ФД. Фазовый детектор, содержащий первыйполевой транзистор, сток которого через первый конденсатор соединен с источником вход.ного сигнала, исток подключен к общей шине, а затвор через второй конденсатор соединен с источником опорного сигнала,фильтр нижних частот, подключенный к стоку первого полевого транзистора, и первыйрезистор, подключенный одним выводом кзатвору первого полевого транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышениячувствительности, в него введены второй итретий полевые транзисторы, затвор и истоквторого полевого транзистора соединены соответственно с затвором и истоком первогополевого транзистора, сток второго полевого транзистора соединен с истоком третьегополевого транзистора и через параллельносоединенные третий конденсатор и второйрезистор подключен к одному полюсу источника питания, затвор третьего полевого транзистора подключен к делителю напряженияисточника питания, а его сток - к другомувыводу первого резистора и через третий резистор - к другому полюсу источника питания,при этом первый и второй полевые транзисторы имеют одинаковый тип проводимости, а третий - противоположный.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3659210, кл. 328 в 134,опублик. 1972.2. Патент США3233122, кл. 307 - 88.5,1966, фиг. 5 (прототип).ь Л. Ананьевйкас о КорректоПодпнсноомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/5д, ул. Проектная, 4 Составител Редактор Н. Гришанова Техред А. Б Заказ 5494/45 Тираж 959 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж - 35, Раушс Филиал ППП Патент, г, Ужгоро