Detector de fase

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Detector de fase , comparador de fase (PD) - un dispositivo electrónico que compara las fases de dos señales de entrada de frecuencias iguales o cercanas.

Se alimentan dos señales a la entrada de PD, cuyas fases deben compararse, y se genera una señal en la salida de PD, generalmente un voltaje, que es una función monótona de la diferencia de fase de las señales de entrada en un cierto rango de la diferencia de fase.

Se utiliza en sistemas de bucle de bloqueo de fase , sintetizadores de frecuencia , receptores de radio , estabilizadores de velocidad de husillo, por ejemplo, unidades de disco duro , etc.

Tipos de DF

XOR

El FD más simple es el elemento lógico " O EXCLUSIVO ". Al aplicar a la entrada de este elemento dos oscilaciones rectangulares de iguales frecuencias con igual ciclo de trabajo , por ejemplo, meandros , con desfase cero, su tensión de salida es cero (0 lógico). Con un cambio de fase distinto de cero, se forman pulsos en la salida del elemento, cuya duración promedio es directamente proporcional al cambio de fase y alcanza un máximo (1 lógico en la salida) en un cambio igual en el caso de señales con un ciclo de trabajo de 2. Un detector de fase de este tipo es insensible al signo de la diferencia de fase, por lo tanto, para Para obtener una dependencia monótona de la señal de salida en la diferencia de fase, una de las señales debe tener un cambio de fase inicial que es óptimamente igual al meandro. Para promediar la señal de salida pulsada, se instala un filtro de paso bajo (LPF) en la salida de este filtro.

Mezclador de equilibrio

Otro tipo de FD son los multiplicadores de cuatro cuadrantes de dos señales de entrada, que a menudo se denominan mezcladores balanceados . A la salida de un mezclador balanceado, existe el doble de la frecuencia de las señales de entrada y una componente constante proporcional a la diferencia de fase, que se sigue de la expresión:

El primer término del resultado de la multiplicación no depende del tiempo, sino solo de la diferencia de fase, y es un componente constante en la salida del detector de fase. El segundo término es una oscilación armónica con una frecuencia doble de señales de entrada: un componente de alta frecuencia. Una aplicación común para un mezclador balanceado es como mezclador de frecuencia . Si el mezclador balanceado está diseñado para resaltar la diferencia de fase de señales de frecuencias iguales, entonces el componente de alta frecuencia se filtra utilizando un filtro de paso bajo.

Si la diferencia de fase de las señales es pequeña, entonces la señal de salida del detector de fase depende aproximadamente linealmente de la diferencia de fase de acuerdo con la igualdad aproximada: la limitación de la expansión de la función sinusoidal en la serie de Maclaurin por el primer término:

Los mezcladores balanceados en cuanto a circuitos se construyen generalmente de acuerdo con los circuitos moduladores de anillo o el circuito de celda de Gilbert .

PD, activado por los frentes de las señales de entrada

Los PD de este tipo son sensibles a la posición relativa de los frentes de las señales de entrada. Por ejemplo, si la señal A está por delante de la señal B, entonces se forman pulsos de polaridad positiva en la salida de este PD con una duración proporcional a la diferencia de fase y con una tasa de repetición igual a la frecuencia de las señales de entrada. Si la señal B está por delante de la señal A, entonces se generan pulsos de polaridad negativa en la salida. Para obtener una tensión de salida proporcional a la diferencia de fase a la salida del FD, se utiliza un filtro de paso bajo.

Aplicación de FD

La aplicación tradicional de los FD es en sistemas de bucle servobloqueado , donde el FD, junto con un generador de frecuencia variable (VCO) controlado por voltaje, se incluye en un bucle de retroalimentación negativa. La señal de referencia para este sistema de control automático es la frecuencia de la señal de entrada y el FD es un comparador. En la función de transferencia del LPF, instalado a la salida del FD antes del VCO, se introduce un cero adicional para asegurar un margen de estabilidad de fase. En el caso más simple, si el filtro de paso bajo es un filtro RC de paso bajo, entonces se puede obtener cero en la función de transferencia al incluir una resistencia con la resistencia deseada en serie con el capacitor del filtro.

Los FD también se utilizan en sintetizadores, multiplicadores y divisores de frecuencia. En estos sistemas, no son las señales en sí las que se alimentan a la entrada del PD, sino las señales obtenidas como resultado de la multiplicación, división, suma o resta de las frecuencias requeridas.

En las comunicaciones por radio, PD se utiliza en sistemas de autoajuste de frecuencia de oscilador local en receptores de radio superheterodinos .

En telefonía, PD se utiliza en dispositivos decodificadores de llamadas por tonos.

Cuando la velocidad de rotación de los husillos y ejes se estabiliza, una señal del oscilador de referencia se alimenta a una de las entradas de PD, la segunda recibe pulsos de las marcas del sensor de frecuencia de velocidad y la señal de salida de los controles de PD no el VCO, sino el accionamiento eléctrico del eje.

Véase también

Fuentes