Схему фазового детектора, показанную на рис. 7.3, нельзя отнести к схемам типа демодулятора, как две предыдущие схемы. Эта схема детектирует разность фаз двух сигналов, так что при наличии разности фаз могут быть приняты определенные меры по корректированию (см. разд. 4.6, 6.6, 6.7, 15.2 и 15.3). Фазовый детектор часто называют также фазовым дискриминатором или частотным компаратором. Схема фазового детектора, показанная на рис. 7.3, близка к схеме дискриминатора (демодулятора) ЧМ-сигналов, изображенного на рис. 7.5, а их основные рабочие характеристики практически идентичны. Поэтому анализ схемы, данный в этом разделе, применим и к схеме, показанной на рис. 7.5. В демодулирующей системе (рис. 7.5) индуктивность L4 связана с Lb т. е. она не является вторичной обмоткой трансформатора L4L5, как это имеет место в схеме, изображенной на рис. 7.3.
Рис. 7.3. Фазовый детектор.
Рис. 7.4. Векторные диаграммы фазового детектора.
Подлежащий анализу сигнал прикладывается к входной обмотке li и трансформируется во вторичную обмотку, состоящую из L2 — L3. Вторичная обмотка шунтируется конденсатором переменной емкости Сь благодаря чему образуется параллельный резонансный контур, настроенный на частоту контрольного (опорного) сигнала, который прикладывается к первичной обмотке L5 трансформатора и наводится на L4.
Если оба сигнала имеют идентичные частоты, то при хорошей балансировке системы прикладываемые к диодам сигналы одинаковы. В этом случае токи диодов протекают в направлениях, показанных на рис. 7.3 стрелками, создавая выпрямленный сигнал. Каждый диод проводит через полупериод, вследствие чего через диоды протекают пульсирующие токи. Однако пульсации напряжения на резисторах Ri и R2 сводятся к минимуму благодаря фильтрующему действию конденсаторов С2 и С3, так что через Ri и R2 протекают практически постоянные токи. Вследствие использования центрального отвода в обмотке L2 — L3 и равенства резисторов R1 и R2 падения напряжений на этих выходных резисторах равны и противоположны по знаку; поэтому при равенстве частот сигналов выходное напряжение равно нулю.
Работу схемы легче всего понять из анализа фазовых соотношений в рассматриваемом компараторе. На векторной диаграмме, приведенной на рис. 7.4, а, показаны соотношения фаз напряжений при равенстве частот обоих входных сигналов, когда входной колебательный контур находится в состоянии резонанса. В этом случае действующая в контуре индуцированная э д. с. Eинд изменяется в фазе с током Iк, протекающим через элементы (активные и реактивные) контура. Такое положение обусловлено тем, что при резонансе реактивное емкостное сопротивление контура равно по величине и обратно по знаку индуктивному реактивному сопротивлению контура; эти сопротивления компенсируются, так что контур имеет лишь активное сопротивление. Поэтому между з. д. с., действующей в контуре,, и током контура нет ни опережения, ни отставания.
Напряжение опорного сигнала EL± на вторичной обмотке L4. сдвинуто по фазе на 180° относительно индуцированной э.д. с,. EИНД. Поэтому EL4 показано на рис. 7.4, а в виде вектора, направленного противоложно вектору Еинл.
Поскольку катушка L4 связана с входом и выходом системы, каждый диод подвержен воздействию двух сигналов: опорного и входного. Однако общее напряжение на каждом диоде является не арифметической, а векторной суммой напряжений сигналов. Это объясняется тем, что падение напряжения EL на нижней половине вторичной обмотки, отсчитываемое от средней точки этой обмотки, опережает на 90° ток 1К, протекающий через эту часть обмотки, по этой же причине падение напряжения EL2 на верхней половине вторичной обмотки, также отсчитываемое от средней точки этой обмотки, должно отставать от вектора Iк на 90°; таким образом, при резонансе напряжение £дэ на диоде Д1 равно векторной сумме EL4 и EL2, а напряжение Eд2 на диоде Д2 равно векторной сумме EL4 и EL3, Напряжения Eдх и Eд2 показаны на рис. 7.4, а в виде диагоналей параллелограммов.
Если входной сигнал на L1 отличается от опорного сигнала на L5, то фазовые соотношения сигналов в рассматриваемом компараторе изменяются, в результате чего один из диодов проводит лучше другого. Поэтому падение напряжения на одном из выходных резисторов становится больше падения напряжения на другом резисторе и их суммарное падение напряжение перестает быть равным нулю, причем его величина и полярность зависят от разности этих падений напряжений.
При изменении частоты входного сигнала колебательный контур (L2 — L3)C1 выходит из резонанса и ток Iк во вторичноГс обмотке не изменяется в фазе с э.д. с. EHHR. Это объясняется тем, что колебательный контур на частоте выше или ниже резонанса имеет индуктивное или емкостное сопротивление. Если ток отстает от э.д.с. EИНД, то векторная диаграмма принимает вид, показанный на рис. 7.4,6. Но между Iк и EL2 или EL3 сохраняется разность фаз, равная 90°. В результате этого напряжение на диоде Д1 увеличивается, а на диоде Д2 уменьшается, В этом случае диоды проводят неодинаково, и на выходе ком-ларатора появляется напряжение.
Изменение частоты входного сигнала в другом направлении приводит к увеличению £д2 и уменьшению £дх. Появляется выходное напряжение, полярность которого противоположна полярности напряжения, образующегося в предыдущем случае.