б) Фазочувствительные усилители и синхронные детекторы

Фазочувствительными усилителями или фазовыми дискриминаторами называют усилители, реагирующие на амплитуду и фазу входного сигнала переменного тока и преобразующие его в сигнал постоянного тока, полярность которого определяется знаком входного сигнала.

На рис. 4-45 изображена одна из схем фазового дискриминатора на трехэлектродных лампах. На аноды ламп от трансформатора передается переменное опорное напряжение. Датчик или другой элемент, создающий входное напряжение дискриминатора, всегда питается

Рис. 4-45. Схема фазового дискриминатора с одинаковыми фазами потенциалов анодов.

от того же источника переменного тока, что и трансформатор Это — необходимое условие дискриминатора, ибо напряжения «а сетках и анодах ламп должны изменяться строго синхронно. Напряжения на анодах ламп имеют одинаковую фазу, а напряжения на сетках - противоположные фазы. Предшествующие дискриминатору элементы схемы настраиваются так, чтобы сдвиг фазы при прохождении сигнала в установившемся режиме отсутствовал. Благодаря этому фазы напряжений на сетке и аноде одной из ламп совпадают, а у другой лампы противоположны.

Пусть знак входного сигнала таков, что фаза напряжения на сетке лампы совпадает с фазой анодного напряжения. Тогда в течение положительных полупериодов через лампу и сопротивление нагрузки будут протекать импульсы тока (рис. 4-46), так как потенциал анода и потенциал сетки в течение этих полупериодов положительны. В лампе импульсы тока будут малы или будут отсутствовать, так как в положительные полупериоды анодного напряжения на потенциал сетки отрицателен, а при положительном напряжение на аноде отрицательно. При изменении знака входного сигнала (изменение фазы на 180°) в лампе будут протекать те значения токов, которые раньше протекали в лампе полярность напряжения на выходе изменится.

Таким образом, сигнал переменного тока в фазочувствительном усилителе преобразуется в пульсирующее напряжение, знак среднего значения которого изменяется при изменении знака входного сигнала.

Фазочувствительные усилители обычно применяются в тех системах, где датчики или первые каскады усилителя работают на переменном токе, а исполнительные устройства или усилители мощности — на постоянном токе.

В рассмотренной схеме фазы напряжений на сетках ламп противоположны. Часто применяются фазочувствительные усилители, в которых фазы напряжений на сетках ламп совпадают, а фазы анодных напряжений противоположны (рис. 4-47). Для устранения сеточных токов, возникающих при положительных в некоторых случаях вводится отрицательное смещение на сетки ламп.

Постоянная или медленно меняющаяся составляющая выходного сигнала фазового дискриминатора выделяется специальным фильтром низких частот на выходе либо последующими инерционными элементами системы управления.

Характеристика фазового дискриминатора зависит от вида сеточных и анодных характеристик ламп. При правильном выборе типов ламп мгновенное значение разности анодных токов приближенно

Рис. 4-46. Изменение токов и напряжений в цепи фазового дискриминатора.

Рис. 4-47. Схема фазового дискриминатора с одинаковыми фазами потенциалов сеток.

пропорционально произведению мгновенных значений входного и опорного напряжений

Полагая

для мгновенного значения выходного напряжения получаем выражение

где Если то спектр этой величины представляет собой одну спектральную линию (сплошная линия на рис. 4-48,а). Величина в этом случае представлена спектральной линией (рис. 4-48,б). Формула (4-59) показывает, что сигнал на выходе фазового дискриминатора при имеет две спектральные линии: (рис. 4-48,в). При спектр сигнала управления занимает некоторую полосу частот, показанную на рис. 4-48 пунктиром. В соответствии с этим выходной сигнал фазового дискриминатора занимает две полосы частот: вблизи (рис. 4-48,б).

Фильтр низких частот на выходе фазового дискриминатора, передатрч-ную функцию которого обозначим обычно практически полностью подавляет составляющую

пропуская лишь ту часть спектра, которая группируется вблизи

Рис. 4-48. а — спектр сигнала до модулятора; спектр сигнала в канале переменного тока; в — спектр сигнала после фазового дискриминатора.

Поэтому выходное напряжение фильтра можно считать равным:

Отсюда вытекает, что при передаточная функция фазового дискриминатора совместно с фильтром равна:

С точностью до постоянного множителя она совпадает с передаточной функцией фильтра.

Существенно следующее обстоятельство. Любые возмущающие силы и помехи, действующие в канале переменного тока, преобразуются фазовым дискриминатором так, что частотный спектр их сдвигается на величину и далее изменяется при прохождении фильтра. Вследствие этого помехи с частотами, существенно отличающимися от несущей частоты, подавляются фазовым дискриминатором.

Фазовый дискриминатор на электронных лампах является частным видом синхронного детектора. Синхронный детектор в общем случае состоит из множительного

звена, на которое поступают входной и опорный сигналы, и фильтра низших частот. Высокой точности умножения двух величин в синхронных детекторах обычно не требуется, и эти устройства могут выполняться на самых различных элементах: полупроводниковых диодах и триодах, механических и электромеханических переключателях и т. д.

Приведенное рассмотрение передаточных свойств фазового дискриминатора полностью относится и к синхронному детектору вообще.