Понимание дискриминатора по восхитительству

Дискриминатор-воспитатель-это своего рода детектор FM, который широко использовался в середине 1900-х годов.Он работает, используя специальный трансформатор для изменения частоты изменений в сигнале FM в изменения амплитуды.Эти изменения амплитуды затем обрабатываются для получения выхода постоянного тока, с изменением напряжения на основе частоты сигнала FM.Этот детектор известен тем, что является простым и эффективным, особенно когда сигнал сильный и устойчивый.

В этой статье рассматривается, как работает дискриминатор-воспитания, объясняя свои части, как он работает, и его важную роль в таких вещах, как FM-приемники и радиолокационные системы.Он также сравнивает его с другими дискриминаторами FM, такими как детектор соотношения и детектор с фазовой петлей (PLL), чтобы понять его преимущества, недостатки и насколько хорошо он подходит для различных технологий.

Каталог

Рисунок 1: Дискриминаторная схема дискриминатор

Происхождение и изобретатели дискриминатора по восхищению

Дадли Э. Фостер и Стюарт Уильям Сили были важными изобретателями в области электроники, наиболее известными за создание трассы Фостера Сили в 1936 году. Это было в то время, когда радиотехнологии быстро растут, и улучшение радиосигналов было главным направлением.Фостер работал инженером в Western Electric, а Сили был с RCA.Вместе они сделали схему, которая помогла улучшить технологию частотной модуляции (FM), решая проблемы, связанные с радиочастотной стабильностью.

Схема Foster Seeley была первоначально разработана для поддержания стабильной радиочастоты во время передачи, которая называется автоматическим управлением частотой.Позже было обнаружено, что это также было великолепно в демодуляции FM, означает, что он может превратить частотные изменения в звук.Устойчивая и надежная производительность цепи сделала ее частью FM -радио.

С 1930 -х по 1970 -е годы схема Фостера Сили обычно использовалась в радиоприемниках для декодирования сигналов FM.Он сыграл важную роль во Второй мировой войне и в военных и гражданских системах коммуникации.Его простой дизайн сделал его популярным в течение многих лет.К концу 20 -го века интегрированные цепи (ICS) стали широко использоваться.Эти небольшие чипсы могут держать тысячи транзисторов, делая устройства меньше, дешевле и эффективнее.В результате, новые методы декодирования FM заменили схему приемной Сили, и она устарела, отражая серьезный сдвиг в сторону компактных и цифровых технологий в электронике.

Рисунок 2: Дискриминатор по воспитанию

Компоненты дискриминатора приемника

Трансформатор

Основной частью дискриминатора-приемника является трансформатор с вторичной катушкой в ​​центре.Этот трансформатор расщепляет сигнал FM на два противоположных тока.Центральный кран заземлен, а две половинки сигнала идут в отдельные диоды.Эта настройка помогает сравнить различия в фазе и амплитуде, которые необходимы для точного декодирования сигнала.

Одно основное отличие состоит в том, что у дискриминатора-приемника нет третьей обмотки на трансформатора.Детектор соотношения использует дополнительную обмотку, чтобы помочь сделать декодирование более стабильным, особенно при изменении уровня сигнала.Эта дополнительная обмотка также делает детектор соотношения менее чувствительным к изменениям амплитуды.

Душить

Дроссель в этой схеме сохраняет выходной стабиль, поддерживая постоянный уровень постоянного тока.Он помещается там, где встречаются исправленные сигналы из диодов.Дроссель помогает сгладить высокочастотный шум и контролировать поток тока.Без этого выход был бы нестабильным, влияя на декодированный сигнал.

В трассе Фостера Сили дроссель играет роль, аналогичную третьей обмотке в детекторе соотношения, но является менее эффективным.В то время как дроссель помогает стабилизировать выход, он не полностью обрабатывает изменения в амплитуде, а также третью обмотку в детекторе соотношения.Это делает дискриминатор-воспитанного визита проще и дешевле в строительстве, но с большей вероятностью будет влиять изменения в силе сигнала.

Диоды

Два диода расположены симметрично по обе стороны от вторичной катушки трансформатора.Каждый диод обрабатывает сигнал со своей стороны, создавая два отдельных напряжения постоянного тока.Эти напряжения затем сравниваются с измерениями изменений в сигнале FM.Сбалансированная настройка диодов гарантирует, что вывод тесно соответствует исходному сигналу, даже если изменяется входная амплитуда.

Конденсаторы

Конденсаторы важны в цепях, которые соответствуют частоте сигнала FM.Они работают с диодами и трансформатором, чтобы отфильтровать нежелательные сигналы, позволяя пройти только правильные.Наряду с трансформатором, они помогают разделить сигнал на нужные части и сохранять его сбалансированным.Конденсаторы помогают поддерживать стабильную частоту цепи, а сигнал устойчив.

Нагрузочные резисторы

Нагрузочные резисторы обнаруживаются на выходе диодов, где они превращают ток в соответствующее напряжение.Это напряжение содержит последний сигнал, который содержит исходный звук или данные.Резисторы помогают сформировать правильный сигнал, позволяя восстановить исходное содержание после процесса демодуляции.

Рисунок 3: Компоненты дискриминатора-дискриминатора с видом

Как работает дискриминатор-приемлемые?

Дискриминатор-воспитывания работает, превращая изменения в частоту сигнала FM (частотная модуляция) в нечто полезное, например, звук.В отличие от AM (амплитудная модуляция), которая меняет, насколько силен сигнал, FM изменяет свою частоту.Работа дискриминатора состоит в том, чтобы забрать и понять эти изменения, чтобы другие части, такие как говорящие, могли использовать информацию.

Ядро дискриминатора имеет две схемы из катушек и конденсаторов.Эти цепи тщательно отрегулированы в соответствии с основной частотой сигнала FM.По мере того, как сигнал проходит через эти схемы, они реагируют на его частотные изменения и помогают превратить эти изменения в электрические сигналы, которые могут быть обработаны дальше.

Рисунок 4:

Основной частью дискриминатора является трансформатор, у него есть специальная обмотка.Этот трансформатор разбивает сигнал FM на две части, которые одинаковы, но с противоположными фазами - когда один сигнал поднимается, другой падает, как зеркальные изображения.

Это расщепление подгоняет сигналы к следующему шагу, где изменения частоты будут превращены в вариации силы сигнала.Эти два сигнала отправляются в отдельные диоды и превращают переменный ток (AC) в постоянный ток (DC).Это дает два выхода DC, по одному для каждой части разделенного сигнала.

Поведение схемы с соответствующими и несоответствующими частотами

Соответствующая частота (без отклонений): когда частота входящего сигнала точно соответствует центральной частоте настроенных цепей, сигнал равномерно расщепляется, когда он проходит через две половины трансформатора.Обе части сигнала остаются совершенно сбалансированными.После прохождения через диоды исправленные сигналы дают равные, но противоположные напряжения.Эти противоположные напряжения отменяют друг друга, что приводит к отсутствию выходного напряжения.Это сбалансированное состояние происходит, когда модуляция нет, представляющая частоту носителей.

Несовершеннолетняя частота (отклонение): когда частота входящего сигнала смещается от центральной частоты из -за модуляции, баланс между двумя сигналами нарушается.Если частота поднимается над центральной частотой, одна сторона схемы генерирует более высокое напряжение, чем другая.И наоборот, если частота падает ниже центральной частоты, другая сторона производит более высокое напряжение.Диоды исправляют эти неравные сигналы, а разница в напряжениях создает либо положительное, либо отрицательное выходное напряжение.Является ли выходной или отрицательный, зависит от того, является ли сдвиг частоты выше или ниже центра.Это выходное напряжение напрямую связано с количеством отклонений частоты и несет модулированную информацию.

Рисунок 5: Схема системы частотной дискриминатора на основе линии задержки

Разница в фазах в обработке сигналов и эффектах модуляции и демодуляции

Разница в фазе между сигналами играет важную роль в обработке сигналов, особенно в том, как работает дискриминатор-воспитатель.Когда сигнал FM входит в дискриминатор, он разделяется на два пути трансформатором.Этот трансформатор создает два сигнала, которые точно противоположны в фазе (на 180 градусов друг от друга).Эта разница в фазах необходимо для того, чтобы диоды схемы правильно обнаружили изменения в частоте сигнала.

Поскольку частота входящего сигнала изменяется из -за модуляции, разность фаз между двумя путями немного изменяется.Этот сдвиг в фазе связан с изменением частоты.Когда частота уходит от центрального значения, разность фаз становится более заметной.Эти фазовые изменения влияют на силу сигналов, достигающих диодов, вызывая различные уровни напряжения.

Рисунок 6: Демодуляция дискриминатора-дискриминатора с видом

Влияние модуляции: модуляция изменяет частоту сигнала FM на основе амплитуды исходного сигнала.Эти изменения частоты влияют на разницу фаз между двумя сигналами в дискриминаторе.Схема обнаруживает эти сдвиги и превращает их в изменения напряжения, которые представляют исходный модулирующий сигнал.

Влияние демодуляции: во время демодуляции дискриминатор использует фазовые различия, чтобы получить напряжение, которое соответствует частотным изменениям в FM -сигнале.Это напряжение соответствует исходному сигналу, как аудио -поток, который затем может быть обработан или усилен для прослушивания.

Рисунок 7: Кривая демодулятора

Применение дискриминатора по восхитительству

FM -радиоприемники

Дискриминатор-воспитатель наиболее известен своим использованием в радиостанциях.До того, как этот метод был разработан, более ранние способы декодирования FM -сигналов были не такими хорошими и вызвали больше искажения.Благодаря дискриминатору-приемнике, радиостанции FM теперь производят более четкий звук, делают музыку и транслируются гораздо лучше для миллионов слушателей сегодня.

Телекоммуникации

В телекоммуникациях для плавной связи требуется четкое декодирование сигнала.Дискриминатор с воспитыванием в таких системах используется в таких системах, как микроволновая и спутниковая связь, часто использует частотную модуляцию для отправки данных на большие расстояния.Это помогает точно извлекать данные из сигнала, следя за тем, чтобы голосовая, видео или другая информация передается четко.

Радиолокационные системы

Радарные системы используют частотную модуляцию для отслеживания расстояний и обнаружения движущихся объектов.Дискриминатор-воспитательница помогает обрабатывать радиолокационные сигналы, позволяя системе правильно рассчитать местоположение и скорость объектов.Без него точность радара упала бы, влияя на важные системы, такие как управление воздушным движением и мониторинг погоды.

Двусторонние радиостанции

В таких устройствах, как разница в рамках и радиосвязи, дискриминатор-приемник помогает обеспечить четкую передачу голоса.Это важно для аварийных служб, военных и других отраслей, где требуется четкая связь, особенно в шумной или трудной среде.

Самолеты и морские коммуникации

В авиационных и морских системах используются сигналы FM, потому что они сопротивляются шуму и помехи.Например, авиационные радиостанции используют FM для общения с управлением воздушным движением.Дискриминатор с приемным свиданием гарантирует, что эти сигналы декодированы правильно, обеспечивая плавную и четкую связь, такие как аварийные ситуации.

Системы автоматического управления частотой (AFC)

Дискриминатор-воспитатель, полезный в системах, которые должны сохранять частоты устойчивыми, такие как телевизионные приемники и коммуникационное оборудование.Это помогает системе исправить любые изменения частоты в режиме реального времени, следя за тем, чтобы сигнал оставался сильным и стабильным для лучшей производительности.

Сравнительный анализ дискриминаторов FM

Дискриминатор с пищевым детектором и детектором соотношения

Как дискриминатор, так и детектор, и детектор соотношения предназначены для демодуляции частотно-модулированных (FM) сигналов, однако они работают с различными конфигурациями и чертами производительности.Дискриминатор-приемник использует двух настроенный радиочастотный трансформатор и пару диодов.Эта настройка преобразует частотные смещения в изменения амплитуды, а затем переводится в напряжение, которое представляет исходный сигнал.

Детектор соотношения работает одинаково, но включает в себя улучшение: дополнительный конденсатор, который улучшает его способность отклонять изменения амплитуды.Эта функция делает детектор соотношения более стабильным и менее уязвимым для шума, чем дискриминатор с приемным свиданием.Тем не менее, это требует большей точности во время выравнивания и калибровки.В то время как оба предлагают хорошую линейность и чувствительность, детектор соотношения работает лучше, когда сигнал подвергается воздействию изменений амплитуды.

Рисунок 8: Схема схемы детектора соотношения

Дискриминатор с пищевой и квадратурным детектором

Квадратурный детектор использует другой подход от дискриминатора-воспитания при демодулировании FM-сигналов.В то время как дискриминатор-воспитания преобразует частотные отклонения в изменения амплитуды, квадратурный детектор смещает фазу опорного сигнала на 90 градусов относительно входящего FM-сигнала.Смешивая фазовые изменения и полученные сигналы, выход непосредственно коррелирует с отклонением частоты.

Детектор квадратурного детектора превосходит в обработке колебаний амплитуды сигнала, что делает его высокоэффективным в шумных условиях.Для сравнения, дискриминатор-воспитания более восприимчив к шуму и требует тщательной корректировки своих компонентов для эффективной работы.Из -за этого квадратурный детектор часто предпочитается в системах цифровой связи.

Рисунок 9: Работает квадратурный детектор

Discector Discinator Foster-Seeley против петли с фазовой петлей (PLL)

При сравнении дискриминатора с восхищением с помощью детектора петли (PLL) с фазовой петлей (PLL) различия в технологии и производительности становятся ясными.PLL фиксируется на фазе входящего FM -сигнала и непрерывно регулирует локальный генератор для поддержания последовательного фазового отношения.Этот процесс демодулирует сигнал с высокой точностью.Детекторы PLL превосходят дискриминатор-воспитателя с точки зрения стабильности частоты, устойчивости к шуму и способности обрабатывать большие отклонений частоты.

Рисунок 10: Диаграмма детектора с фазовой петлей (PLL)

Дискриминатор с приемом изором против нулевого детектора пересечения

Детектор с нулевым перекрестком предлагает гораздо более простой подход к демодуляции FM путем определения, когда сигнал пересекает линию нулевого напряжения.Этот метод резко контрастирует с дискриминатором-воспитателем, который опирается на более сложную конструкцию, чтобы преобразовать изменения частоты в изменения амплитуды.

В то время как детектор с нулевым пересечением легко реализовать и экономически эффективен, он, как правило, менее точный и более восприимчивый к шуму.Он хорошо работает в недорогих приложениях, где высокая точность сигнала не является приоритетом.С другой стороны, дискриминатор-воспитательница, хотя и более сложный, обеспечивает гораздо лучшее качество сигнала и идеально подходит для приложений, требующих более высокой точности в демодуляции.

Рисунок 11: Схема детектора нуля

Дискриминатор с причалом

Детектор склона является еще одной более простой альтернативой для демодуляции FM.Он использует одностранированную схему, с его кривой частотной характеристики, немного расположенной в центре от частоты носителя.По мере прохождения сигнала FM частоты отклонений дают изменения напряжения в зависимости от того, где они падают вдоль наклона кривой отклика.

Несмотря на то, что детектор наклона является легким и недорогим, детектор наклона менее точен и более подвержен шуму и изменениям сигнала.В отличие от этого, сбалансированная конфигурация дискриминатора Foster-Seeley обеспечивает большую стабильность и точность, что делает ее лучшим вариантом, когда требуется надежная и высококачественная демодуляция FM.

Рисунок 12: Диаграмма детектора склона

Преимущества и недостатки дискриминатора-приемника

Преимущества	Недостатки
Простой дизайн: в основном использует трансформатор и диодное кольцо, облегчая его строительство и обслуживания.	Чувствителен к амплитудному шуму: не Отфильтруйте изменения в силе сигнала, позволяя шуму влиять на декодирование FM.
Легко настройка: не требуется специализированных навыков Для настройки, делая его удобным для пользователя.	Более высокая стоимость: в то время как основные детали Доступные, дополнительные схемы, такие как ограничители, могут увеличить затраты.
Высокое выходное напряжение: производит высокую мощность Напряжение во время частоты изменений, снижение необходимости дополнительного усиления.	Требуется широкая полоса пропускания: нужна больше Пропускная способность для эффективной работы, которая может ограничиваться в некоторых приложениях.
Точный и надежный: обеспечивает четкое и Высококачественное аудио, поддержание ясности сигнала.	Ограничения размера: трансформатор и связанный Части делают его громоздким, сложным для компактных устройств.
Последовательная линейность: предлагает устойчивую производительность в широком спектре уровней сигналов, обеспечивая стабильность даже в колеблющиеся условия.

Заключение

Дискриминатор-воспитательница, с его подробным дизайном и эффективной работой, является основным инструментом для демодуляции сигналов FM.Несмотря на то, что у него есть некоторые слабости, такие как чувствительность к шуму и нуждающийся в широкой полосе пропускания, он имеет такие преимущества, как простой дизайн, легкая настройка и создание высокого выходного напряжения.Это делает его популярным выбором во многих применениях.Это помогает обеспечить более четкий звук в радиостанциях и повышает надежность телекоммуникационных и радиолокационных систем.Несмотря на то, что новые технологии обеспечивают лучшую устойчивость к шуму и стабильность, дискриминатор-воспитатель по-прежнему важен в электронике, особенно когда требуются низкая стоимость и надежность.Его дальнейшее использование показывает ценность знания как своих сильных, так и слабых сторон как технологии частотной модуляции.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Что такое дискриминатор-приемлемые?

Дискриминатор-воспитывания-это электронная схема, используемая для демодуляции частотно-модулированных (FM) сигналов.Схема включает в себя трансформатор с вторичной обмоткой в ​​центре и двумя диодами, которые настраиваются так, чтобы они могли обнаружить разницу в фазе между входным сигналом и локально сгенерированным эталонным сигналом.Эта разность фаз, варьируется в зависимости от частоты входящего FM -сигнала, преобразуется в соответствующее изменение амплитуды, эффективно демодулирование изменений частоты обратно в исходный звук или сигнал данных.

2. Какова функция дискриминатора в FM -приемнике?

В приемнике FM функция дискриминатора состоит в том, чтобы преобразовать изменения частоты в полученном сигнале в изменения амплитуды в напряжении, которые легче обрабатывать и преобразовать обратно в исходный аудио или формат данных.Этот процесс важен, поскольку информация в сигнале FM кодируется в частотных отклонениях от частоты носителей, а не от изменений амплитуды.Дискриминатор позволяет приемнику обнаружить эти отклонения и перевести их в полезную форму.

3. В чем разница между детектором соотношений и схемой дискриминатора-дискриминатора по воспитанию?

Как детектор соотношения, так и дискриминатор-воспитательница используются для демодуляции сигналов FM, но они различаются по дизайну и производительности.Детектор соотношения использует аналогичную настройку с трансформатором и диодами, но включает в себя дополнительный конденсатор, который обеспечивает автоматическое регулирование амплитуды и улучшенный отторжение шума.Это делает детектор соотношения более стабильным и менее подверженным шуму по сравнению с дискриминатором-приемлемым.Фостер Сили, с другой стороны, проще и был более популярен в более ранних радиотехнологиях благодаря своей простой реализации, но более чувствителен к изменениям амплитуды и шуму.

4. Что такое дискриминатор в приемнике?

Дискриминатор внутри приемника-это схема, которая выполняет функцию демодуляции для частотно-модулированных сигналов.Он служит компонентом, который извлекает информацию о аудио или данных из волны носителя, обнаруживая частотные сдвиги и преобразуя их в изменения напряжения, которые представляют исходный сигнал.

5. Каково использование частотного дискриминатора?

Частотный дискриминатор используется для демодуляции частотно-модулированных сигналов путем преобразования изменений частоты принятого сигнала в соответствующие изменения напряжения.Это хорошо в системах связи, где данные или аудио информация передаются на расстояниях с использованием FM, поскольку это позволяет приемнику точно реконструировать передаваемую информацию из изменений частоты принятого сигнала.