Частотный дискриминатор является одной из наиболее часто используемых схем частотной демодуляции. Схема такого дискриминатора представлена на рис. 11.19.

Рис. 11.19. Частотный дискриминатор

Сигнал постоянного уровня подается с ограничителя на связанные резонансные контуры, настроенные на одну и ту же резонансную частоту, равную несущей частоте модулированного колебания. Работа дискриминатора основывается на сдвиге фазы напряжений на первом и втором контурах полосового двузвенного фильтра. Разность фаз этих напряжений составляет 90° на резонансной частоте контуров, а за резонансом изменяется вместе с изменением частоты. Благодаря двойной связи между контурами, индуктивной и непосредственной через конденсатор С₃ с большой емкостью, первичное и вторичное напряжения суммируются особым способом и подаются на встречно работающие амплитудные детекторы. Высокочастотный дроссель замыкает цепь для постоянного тока.

Переменное напряжение, подведенное к верхнему диоду Д₁, является векторной суммой первичного напряжения АВ и половины вторичного напряжения DE, изображенной вектором М (рис. 11.20).

Рис. 11.20. Принцип действия фазового дискриминатора:

_{а — векторная диаграмма при f = f0; б — векторная диаграмма при f > f0; в — векторная диаграмма при f < f0; г — характеристика дискриминатора}

Соответственно переменное напряжение, подведенное к нижнему диоду Д₂, является векторной суммой первичного напряжения АВ и второй половины вторичного напряжения DC, образующей вектор N. Нагрузочные сопротивления детекторов R₁ и R₂ одинаковы. На резонансной частоте (рис. 11.19, 11.20) переменные напряжения М и N равны друг другу, а следовательно, равны и выходные постоянные напряжения на резисторах R₁ и R₂. С учетом встречного включения диодов эти напряжения имеют, однако, противоположный знак, в связи с чем результирующее напряжение на всей нагрузке равно нулю. Это значение представляется точкой О на рис. 11.20, г.

Если частота входного сигнала больше резонансной, напряжения АВ и СЕ благодаря действию ограничителя остаются неизменными, однако изменяется разность фаз между ними. Напряжение М (рис. 11.20, б), подведенное к верхнему диоду, больше, чем напряжение N, подведенное к нижнему диоду. В итоге результирующее напряжение на резисторах R₁ и R₂ положительно, что соответствует точке у на рис. 11.20, г.

Если частота входного сигнала меньше резонансной, то фазовые соотношения между напряжениями таковы, как на рис. 11.20, в, и результирующее напряжение на резисторах R₁ и R₂ отрицательно (точка х на рис. 11.20, г). Характеристика дискриминатора представлена во всем интервале изменения частоты около резонансного значения. В большом интервале изменений частоты характеристика линейна, т. е. существует пропорциональность между частотой и выходным напряжением. Прямолинейный участок является рабочим участком характеристики дискриминатора. Вне его характеристика нелинейна. Если изменения частоты выходят за пределы, определяемые точками тип, работа происходит уже за пределами полосы пропускания связанных контуров и выходное напряжение убывает до нуля. Вся характеристика по форме близка к латинской букве S.

Схема детектора отношений представлена на рис. 11.21. Она похожа на схему фазового дискриминатора. Разница заключается в последовательном соединении диодов, использовании электролитического конденсатора, включенного параллельно нагрузочным резисторам, и сложении первичного напряжения со вторичным посредством третьей катушки L₃.

Рис. 11.21. Детектор отношений

Если изменение входного сигнала меньше, чем напряжение, действующее на электролитическом конденсаторе, диоды не могут проводить и на нагрузке не возникает напряжения сигнала. В любом случае напряжение на нагрузке не может быть больше, чем напряжение на конденсаторе, следовательно, схема детектора отношений действует так же, как ограничитель напряжения.

В условиях работы с ограничением сумма напряжений на конденсаторах C₁ и С₂ равна напряжению на электролитическом конденсаторе. Напряжение U_С1 равно амплитуде напряжения, подведенного к диоду Д₁, а напряжение U_C2 — соответственно амплитуде напряжения, подведенного к диоду Д₂. На резонансной частоте напряжения U_С1 и U_C2 равны и выходное напряжение, снимаемое между точками А и В, равно нулю.

Если частота сигнала больше резонансной, то переменное напряжение на диоде Д₁ больше, чем на диоде Д₂, и выходное напряжение положительно. При частоте меньше резонансной это напряжение отрицательно. Сумма напряжений U_C1 и U_C2 постоянна, поэтому изменения напряжений U_С1 и U_С2 делятся пропорционально, отсюда и название схемы — детектор отношений.

Статическая характеристика детектора отношений, как и у фазового дискриминатора, является S-образной кривой.

Преобразование частоты, называемое также транспонированием спектра, является процессом, переносящим сигнал данной частоты (линейного или занимающего некоторый спектр) в диапазон других, обычно более низких частот.

Прежде всего преобразование частоты используется для упрощения процесса усиления сигнала. Известно, что технические трудности в создании многокаскадного усилителя с высокой избирательностью возрастают с ростом частоты. Они являются еще большими, если усилитель должен быть перестраиваемым. Поэтому целесообразны перенос интересующего нас сигнала, например от радио- или телевизионной станции, в диапазон более низких частот и построение усилителя, работающего именно в этом диапазоне частот.

Преобразование частоты основано на взаимодействии в цепи нелинейного элемента (рис. 11.22) двух сигналов: сигнала, подвергаемого преобразованию, f_с и сигнала f_гет, подводимого от местного генератора (гетеродина). В результате возникают сигналы с частотами 2f_с, 2f_гет, f_гет + f_с, f_гет — f_с. Появилась также составляющая с частотой, являющейся разностью частот обоих смешиваемых сигналов. Эту составляющую можно легко выделить с помощью контура, настроенного на частоту f_гет — f_с.

Рис. 11.22.Преобразование частоты в цепи с диодом