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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Détecteur synchrone à clé. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Concepteur radioamateur Le principe de fonctionnement du détecteur synchrone à clé est illustré à la Fig. une.
L'appareil dispose d'une entrée différentielle. Deux signaux détectés égaux sont envoyés en opposition de phase à un commutateur électronique à grande vitesse. Pour simplifier, sur la Fig. 1 interrupteur est représenté comme mécanique. Nous supposerons qu'il est idéal, c'est-à-dire que la commutation se produit instantanément et que sa résistance à l'état fermé est nulle. Le fonctionnement de l'interrupteur est commandé par un signal, communément appelé référence. Laissez le signal de référence contrôler le fonctionnement de l'interrupteur afin que son contact mobile soit toujours connecté à l'entrée qui a actuellement une tension positive. Ceci est possible si le signal de référence est synchronisé avec celui qui est détecté, c'est pourquoi ce détecteur est dit synchrone. Pour plus de précision, il est utile d'introduire la notion d'angle de déphasage j entre le signal détecté et le signal de référence, dans ce cas j = 0. A la sortie du commutateur, on obtient un signal dont la forme coïncide avec un plein- signal redressé par onde. De plus, ce signal traverse un circuit RC d'intégration, qui lisse l'ondulation de la tension redressée. En sortie de chaîne, la tension sera égale à 2/PI*Uc. La rectification s'est produite sans la participation d'éléments non linéaires. Nous trouvons ici la première propriété remarquable d'un détecteur synchrone - la capacité de détecter linéairement à n'importe quelle amplitude du signal détecté. Cela le rend extrêmement attrayant pour de nombreuses applications. Malheureusement, il n'est pas toujours possible de mettre en oeuvre un signal de référence synchrone. Si la phase du signal de référence est modifiée de 180 °, la tension de sortie changera de polarité, car le commutateur ne laissera passer que les alternances négatives de la tension d'entrée. Si le déphasage est égal à 90°, alors le commutateur passera à la fois les demi-ondes positives et négatives, comme on peut le voir sur la Fig. 1. A la sortie de la chaîne d'intégration, le signal sera nul. Une analyse du circuit du dispositif avec un déphasage arbitraire conduit à la conclusion que le signal en sortie du circuit intégrateur est dans ce cas égal à 2/PI*Uccos(f). La deuxième propriété remarquable d'un détecteur synchrone est ses propriétés de phase. Il peut fonctionner comme un détecteur de phase. Considérons une des applications d'un tel détecteur de phase. Si, en plus de ce détecteur synchrone, qui délivre le signal 2/PI*Uccos(f), on utilise un autre du même détecteur, dont la phase du signal de référence est en outre décalée de 90°, alors le signal à la sortie de ce détecteur supplémentaire sera égale à 2/PI*Ucsin (f). En conséquence, il devient possible de séparer les composants actifs et réactifs du signal. Considérons ensuite le fonctionnement d'un détecteur synchrone en mode asynchrone. Soit Fc la fréquence du signal détecté, F0 la fréquence du signal de référence, alors le déphasage entre ces signaux sera égal à j = (Fc - F0)t. En conséquence, la sortie du détecteur synchrone n'est pas une tension constante, mais une tension alternative de la fréquence de différence. Cependant, cette tension est obtenue à la sortie du circuit RC d'intégration, ce qui réduit l'amplitude de l'amplitude de la tension avec l'augmentation de la fréquence de différence. La valeur totale de la tension à la sortie du détecteur synchrone est déterminée par l'expression
La dépendance en fréquence de l'amplitude de ce signal est la même que celle d'un circuit oscillant classique avec un facteur de qualité Q = F0RC, une bande passante df = 1/(PI*RC) et une fréquence de résonance F0. Cependant, il existe une différence qualitative importante. Lorsqu'il s'agit d'un circuit oscillant, la fréquence à sa sortie est toujours égale à la fréquence du signal appliqué. Pour un détecteur synchrone, la fréquence du signal de sortie est égale à la différence entre les fréquences du signal de référence et celle qui est détectée. Le circuit oscillant a une fréquence de résonance unique, tandis que le détecteur synchrone présente des maxima de résonance à toutes les harmoniques impaires de la fréquence du signal de référence. Sur la fig. La figure 2 montre la réponse en fréquence d'un détecteur synchrone avec un facteur de qualité de 100. Des résonances sont observées à fréquence nulle, la fréquence coïncidant avec la fréquence du signal de référence, le triple de la fréquence et toutes les autres harmoniques impaires du signal de référence. est nécessaire de placer un système classique sélectif en fréquence devant le détecteur synchrone, qui supprime les largeurs de bande indésirables. La troisième propriété remarquable d'un détecteur synchrone est sa sélectivité en fréquence.
Si le détecteur synchrone fonctionne en mode synchrone et détecte un signal modulé, ses propriétés de sélectivité en fréquence sont présentées pour le signal détecté. La bande passante du détecteur synchrone pour le signal détecté est divisée par deux : df = 1/(2*PI*RC) Le facteur de qualité et la bande passante d'un détecteur synchrone sont extrêmement faciles à modifier en choisissant les paramètres de la chaîne RC. Vous pouvez obtenir à la fois un facteur de qualité très faible et une large bande passante, ainsi qu'un facteur de qualité extrêmement élevé et une bande passante étroite. Par exemple, à une fréquence de 1 MHz avec une résistance de 1 MΩ et une capacité de 1 μF, on obtient un facteur de qualité de 6,28 * 106 et une bande passante de 0,3 Hz. Un tel facteur de qualité ne peut être obtenu même avec un bon résonateur à quartz. Pendant ce temps, une bande passante de même 0,001 Hz est réalisable. Cependant, une telle bande passante exotique peut être nécessaire uniquement lors de la mesure de signaux extrêmement faibles.
Les propriétés sélectives en fréquence d'un détecteur synchrone peuvent être considérablement améliorées en utilisant un filtre passe-bas d'ordre supérieur au lieu d'un circuit RC d'intégration. Ainsi, avec un filtre de second ordre, vous pouvez obtenir la même réponse en fréquence que lors de l'utilisation d'un filtre avec deux circuits couplés pour la sélection de fréquence. Un filtre de quatrième ordre donnera le même effet qu'un filtre de sélection groupée à quatre boucles. Sur la fig. La figure 3 montre un exemple de circuit de filtrage actif du second ordre pouvant être utilisé à la place d'un réseau intégrateur RC. La bande passante d'un tel filtre est df=1/(2*PI/CR) Le détecteur synchrone est le plus souvent utilisé en mode synchrone. Pour ce faire, il est nécessaire de disposer d'un signal de référence synchrone. Si le détecteur fait partie d'un complexe de mesure fermé, la création d'un signal de référence synchrone ne pose généralement aucun problème. Des difficultés surviennent lors de la détection de signaux provenant de l'extérieur, par exemple des signaux radio. En télévision, la fréquence porteuse sélectionnée du signal d'image est utilisée comme référence. Pour la réception de diffusion, le signal de référence peut être organisé à l'aide d'une PLL. Pour résoudre ce problème, des circuits intégrés spécialisés sont produits. En mode asynchrone, la sortie est un signal de fréquence différentielle. Si cela n'est pas souhaitable, vous pouvez procéder comme suit. Il faut utiliser deux détecteurs synchrones dont les signaux de référence sont décalés de 90°. Les signaux obtenus aux sorties de ces détecteurs doivent être élevés au carré et additionnés. Ensuite, prenez la racine carrée de la somme résultante. Le résultat est un signal qui ne contient pas de différence de fréquence :
Il est facile de mettre en œuvre le circuit détecteur synchrone classique à l'aide de deux commutateurs analogiques (Fig. 4).
Un tel détecteur peut fonctionner à des fréquences allant jusqu'à 1 MHz. Avec les conformateurs des signaux d'entrée et de référence, le dispositif s'avère peu encombrant. Par conséquent, vous pouvez parfois privilégier une option plus simple selon le schéma de la Fig. 5.
Un tel détecteur fonctionne de la manière suivante. Supposons que l'interrupteur est ouvert pour les entrées négatives et fermé pour les positives. Lorsque l'interrupteur est ouvert, nous avons un amplificateur inverseur avec un gain de -1, et la tension d'entrée négative à la sortie de l'ampli-op devient positive. Si la clé est fermée, l'appareil acquiert la propriété d'un répéteur. En conséquence, un signal redressé pleine onde est obtenu à la sortie de l'amplificateur opérationnel. Aux autres phases de l'opération de clé, nous obtenons tous les mêmes signaux de sortie que dans le détecteur synchrone de clé classique. Cette option a une vitesse beaucoup plus faible par rapport à la précédente, elle peut être utilisée à une fréquence allant jusqu'à 10 kHz. Le détecteur synchrone à clé le plus rapide peut être obtenu sur la base d'un multiplicateur de signal. Son principe de fonctionnement est simple. Si le signal détecté et le signal de référence ont le même signe, alors après multiplication on obtient un signal positif qui conserve la forme du signal détecté. L'industrie produit de nombreuses variétés de multiplicateurs de signaux. Seuls certains d'entre eux ont la capacité de multiplier les signaux analogiques (par exemple, K525PS2), et sur leur base, il est possible de créer un circuit d'un détecteur synchrone à clé avec les propriétés d'un détecteur classique. La plupart des multiplicateurs de signal sont utilisés conformément à leur destination en tant que convertisseurs de fréquence dans les équipements de réception radio (souvent appelés ici "mélangeur à double équilibrage"). Ils peuvent également être utilisés comme détecteur synchrone, cependant, le signal de sortie est différentiel, avec l'ajout d'une composante constante, qui devra peut-être être supprimée ultérieurement. Un schéma d'une variante possible d'un détecteur synchrone est représenté sur la Fig. 6.
Le détecteur fonctionne jusqu'à une fréquence de 1 MHz. À des fréquences plus élevées, des difficultés surviennent avec la formation d'un signal de référence rectangulaire, qui devrait avoir une amplitude d'environ 1 V. La résistance ajustable, en l'absence de signal détecté, définit une tension nulle à la sortie. L'inconvénient de l'appareil est la dépendance de la tension de sortie à l'amplitude de la référence. Ce détecteur fonctionne en synchrone et avec un signal de référence sinusoïdal jusqu'à des fréquences de plusieurs centaines de mégahertz, mais il ne s'agira plus d'un détecteur synchrone clé, mais d'un détecteur synchrone sur multiplicateur. En effet, lors de la multiplication des signaux Uccos(Ft + f) et Uccos(Ft) on obtient 1/2*U0Uc[cos(f)+cos(2Ft+f)] Le deuxième signal de fréquence doublé est supprimé par le circuit intégrateur à la sortie du détecteur, laissant 1/2U0Uccos(f). Qualitativement le même résultat que dans le détecteur synchrone à clé, mais il y a maintenant une dépendance à la valeur du signal de référence, ce qui n'est pas très bon pour les circuits de mesure. littérature:
Auteur : Henri Pétin
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