ИНДУКТИВНО-ЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ДИСКРИМИНАТОР С ДВУМЯ СВЯЗАННЫМИ КОНТУРАМИ

Этот тип дискриминатора получил широкое распространение для детектирования изменяющегося по частоте сигнала и является одним из лучших для индуктивно-частотных преобразователей. Рас­смотрим его более подробно.

Связь между первичным и 'вторичным контурами дискриминато­ра LiCi и L2C2 может быть индуктивной, емкостной или комбини­рованной. На рис. 3-4,а показан дискриминатор с емкостной связью, упрощенная принципиальная схема его -приведена на рис. 3-4Д а векторная диаграмма — на рис. 3-4,в. Дальнейший анализ будем вести применительно к схеме с емкостной связью.

В данном дискриминаторе оба контура настроены на одну и ту же частоту соо, равную средней частоте входного сигнала. На вы­ходе вторичного контура включены детекторы Ді и Дг. Поведение системы, состоящей из двух связанных контуров, настроенных на одну и ту же частоту, сильно зависит от коэффициента связи между ними kCB. Для схемы рис. 3-4,6 имеем:

&в= У'(^7+С1)(СГ, + С:П=‘

Считая параметры обоих контуров одинаковыми (Li = L2 = L и Сt = -=С2 = С) и учитывая, что Ссв<СС, можно записать:

(3-12)

Критическое значение kCB при Qi = Q2 = Q составляет:

*вр = ЇЩГ=^’

Рассмотрим вначале случай, когда частота входного сигнала равна резонансной частоте контуров. Напряжение вторичного контура

В свою очередь

Л=^,

где /2 — ток вторичного контура;

Uю — напряжение первичного контура.

При резонансе Z2 — г2 и

Uі. Очевидно, что в этом случае напряжения на сопротивлениях Ri и R2, пропорциональные амплитудам U3 и [/4, также равны, и на­пряжение на выходе дискриминатора отсутствует.

При отклонении частоты сигнала от резонансной напряжение £/2 сдвигается на угол (p2 = arctga. Модули напряжений Us и U4 со­ставляют при (Qi = Q2 = Q

Для определения напряжений на нагрузочных сопротивлениях U'і и £/'2 'нужно умножить на косинус угла отсечки диодов. Из (3-19) и (3-20) видно, что при о>=йо)о эти напряжения уже не рав­ны, и на выходе дискриминатора будет действовать напряжение.

Таблица 3-1

Графики г|э(а, Р) показаны на рис. 3-4,г; в табл. 3-1 приведены рассчитанные по (3-23) значения ф. Умножая абсциссы графиков рис. 3-4,г на coo/2Q, а ординаты на Ui0 cos 0, получаем характери­стику дискриминатора UBh1Х=/(Ло)).

При использовании в измерительных устройствах частотного дискриминатора с двумя связанными контурами особое значение приобретает выбор коэффициента связи контуров kCb и коэффици

ентов включения диодной группы в контуры. Как указывалось выше, коэффициент связи оказывает решающее влияние на значения U и U2 связанных контуров. Неверно было бы предполагать, что Uі — = const, так как в этом случае система связанных контуров пре­вращается в одноконтурную со слабой связью с источником постоян­ного напряжения. Такой дискриминатор имеет нелинейную харак­теристику, аналогичную фазовой характеристике одиночного кон­тура.

Дискриминатор с двумя настроенными контурами может быть представлен в виде фазового дифференциального демодулятора, преобразующего фазовые сдвиги между напряжениями контуров в соответствующие величины выходного напряжения, и последова­тельно включенного двухконтурного фильтра, вносящего амплитуд­ные изменения в величину этого напряжения. Эти изменения при отклонениях (о от со0 зависят от амплитудных характеристик пер­вичного и вторичного контуров дискриминатора.

Если .предположить, что напряжения на контурах остаются постоянными и равными друг другу при изменениях частоты, то за­висимость Uвых от Ло) при изменении сдвига фаз между Uі и U2 будет линейной в пределах от 0 до 2я, как и для схемы фазового демодулятора [J1. 17].

Первичный контур дискриминатора может в свою очередь вклю­чаться в каскад ограничителя с коэффициентом p=Ui/UBX. При этом, как видно из рис. 3-4,я, параллельно первичному контуру ока­зываются включенными приведенное внутреннее сопротивление пре­дыдущего каскада и приведенные сопротивления обеих диодных цепей, соединенных параллельно. Параллельно вторичному контуру включены приведенные сопротивления последовательно соединенных диодных цепей.

Коэффициент рг определяется из выражения для эффективной добротности вторичного контура дискриминатора на резонансной частоте:

Выясним, как влияет на величину выходного сигнала отношение напряжений U'і и t/'2. Для этой цели на рис. 3-5,г построены гра­фики зависимости ивых/ивых. манс = 1(у) для разных углов сдвига фаз между U'і и и'ч, т. е. для разных значений Лео (Uвых. макс — наибольшее выходное напряжение при данном ф). Графики 'пока­зывают, что при v^0,7 выходное напряжение изменяется мало. При этом значительно снижаются амплитудные искажения сигнала ди­скриминатора, вызванные изменениями напряжения первичного кон­тура, которые 'при &Св>&кр более значительны, чем изменения на­пряжения вторичного контура (рис. 3-5,а, б). Из (3-24) и (3-25) сле­дует, что при частоте сигнала (0={00 имеет место соотношение гі2ІПі=$. Это видно и из графиков рис. 3-5,а, б. При а=^0 в преде­лах рабочего участка характеристики дискриминатора отношение iizt'tii всегда меньше р.

В выражение (3-29) для pi целесообразно ввести максимальное значение п2/п, равное р, поскольку при отклонении (о от о0 с умень­шением ti2tn{ величина v возрастает, что, как было показано, не вызывает существенных изменений выходного напряжения. Это ’на­пряжение зависит от фазовых соотношений и амплитуды напряже­ния на вторичном контуре. На основании приведенных рассуждений можно записать:

— = 0,70 или р1 — 0,7р/?

Зная pi, из соотношения

находим эквивалентную добротность первичного контура. По изве­стным значениям pi и р2 из (3-29) можно определить коэффициент v.

На рис. 3-5,д приведена выходная характеристика дискримина­тора, которая получается в результате умножения ординаты фазо­вого сдвига на относительное напряжение вторичного контура и на величину Uвых/1^вых. макс) найденную для каждого значения ф И V.

При обеспечивается наибольшая линейность харак­

теристики дискриминатора. Покажем это на примере, пользуясь гра­фиками рис. 3-5,г. Рассмотрим вначале обычный дискриминатор с настроенными 'контурами при pi=/72=1, применяемый в радио­технических устройствах. При 0 = 5 и а=0 из (3-29) имеем vi= =Pi/5/?2=0,2.

Для данного значения у из графика рис. 3-5, г находим п——=0,49. Для а = 2 из (3-24) и (3-25) имеем:

^іВЬІХ. МЯкгї 7

пх — 0,2; п2 = 0,44,

откуда

чему соответствует 77———=0,7. Таким образом, в пределах ра-

U вых. макс

бочего участка характеристики наблюдается значительная нелиней­ность.

Рассмотрим теперь случай неполного включения нагрузки с коэф­фициентами рх и р2 (Р = 5). Имеем р1рг = 0,7-5 = 3,5.

Таким образом, неполное включение нагрузки в контуры дискри­минатора и выбор оптимального отношения pijpz дали значительный эффект: относительное влияние первичного контура на выходную характеристику дискриминатора уменьшилось в 3 раза.

Описанный метод построения выходной характеристики дискри­минатора позволяет установить ряд ее свойств:

1) максимумы характеристики имеют место при

2) при |3^1 характеристика узкополосна и нелинейна;

3) при р=1-^3 седловина напряжения вторичного контура, рас­положенная между максимумами, корректирует влияние нелинейности фазовой характеристики ф(а) на выходной сигнал, вследствие чего может быть получен достаточно большой линейный участок характе­ристики дискриминатора. Однако при Р^>1 коррекция ухудшается и выходная характеристика имеет заостренные максимумы.

При Qi т^С?2 абсолютные значения максимумов напряжений на выходе двухконтурного фильтра уменьшаются, что позволяет полу­чить линейный участок характеристики дискриминатора и при боль­ших значениях р. На‘практике для контуров с добротностью поряд­ка 50—200 максимумы амплитудных характеристик неодинаковы, что приводит к некоторой асимметрии выходной характеристики (поряд­ка нескольких процентов). Это следует иметь їв виду при настройке дискриминатора с двумя связанными контурам^.