Кіріспе

Модульделген радиожиілік тогынан немесе кернеуінен ақпаратты алатын құрылғы. Радиода детектор – модульделген радиожиілік тогынан немесе кернеуінен ақпаратты алатын құрылғы немесе тізбек. Бұл термин радионың алғашқы үш онжылдығынан (1888–1918 жылдар) бастау алады. Қазіргі заманғы радиостанциялар дыбысты (аудиосигналды) үзіліссіз тасымалдаушы толқынмен тарататын болса, алғашқы радиостанциялар ақпаратты радиотелеграфия арқылы таратқан. Трансмиттер ұзын немесе қысқа радиотолқындарды шығару арқылы қосу және өшіру арқылы Морзе кодымен мәтіндік хабарларды жіберген. Сондықтан, алғашқы радио қабылдағыштар радиосигналды демодуляциялаудың қажеті болмады, тек радиосигналдың бар-жоқтығын анықтап, Морзе кодының «нүктелерін» және «сызықтарын» қайта жаңғыртуға мүмкіндік берді. Қабылдағыш тізбегінде осы функцияны орындайтын құрылғы детектор деп аталды. Сымсыз телеграфия дәуірінде вакуумдық түтік технологиясымен алмастырылғанға дейін когерер, электролиттік детектор, магниттік детектор және кристалл детекторы сияқты әртүрлі детектор құрылғылары қолданылды. Амплитудалық модуляцияның (AM) ойдағыдай табылуы AM радиотелефониясының дамуына жағдай жасады, және 1-ші дүниежүзілік соғыс кезінде дыбысты (аудио) беру үшін термин демодуляторды (әдетте вакуумдық түтік) білдіру үшін өзгерді, ол радиожиіліктік тасымалдаушы толқынынан аудиосигналды бөліп алады. Бұл оның қазіргі мағынасы, бірақ қазіргі заманғы детекторлар әдетте жартылай өткізгіш диодтардан, транзисторлардан немесе интегралды схемалардан тұрады. Супергетеродинді қабылдағышта бұл термин кейде кіріс радиожиіліктік сигналын аралық жиілікке түрлендіретін араластырғышқа, түтікке немесе транзисторға қатысты қолданылады. Араластырғыш – бірінші детектор деп аталады, ал аудиосигналды аралық жиіліктен бөліп алатын демодулятор – екінші детектор деп аталады. Микротолқындық және миллиметрлік толқын технологиясында детектор және кристалл детектор терминдері толқын жетектері немесе коаксиалдық тарату желілерінің құраушы бөліктеріне сілтеме жасайды, олар қуатты немесе SWR өлшеу үшін пайдаланылады және әдетте нүктелік контактты диодтарды немесе беттік кедергілі Шотки диодтарын қамтиды.

Конвертті анықтау

Негізгі техникалардың бірі – конверт анықтау. Конверт детектордың ең қарапайым түрі – тізбектің кірісі мен шығысы арасында қосылған диодты детектор, тізбектің шығысынан жерге параллель қосылған резистор мен конденсатордан төмен өткізгіш сүзгі құру үшін. Егер резистор мен конденсатор дұрыс таңдалса, бұл тізбектің шығысы бастапқы сигналдың дерлік толықтай қайталаған, кернеулік қабатталған нұсқасы болады. Конверт детектордың ерте түрі – кристалл детекторы, ол кристаллды радио қабылдағышта қолданылды. Кристалл диодты пайдаланатын кейінгі нұсқасы бүгінге дейін кристаллды радио жиынтықтарында қолданылады. Наушниктердің шектеулі жиілік диапазоны радиожиілік компонентін жояды, сондықтан төмен өткізгіш сүзгі қажет емес. Күрделі конверт детекторларына желілік тесік детектор, пластина детектор, шексіз кедергі детектор, олардың транзисторлық эквиваленттері және операциялық күшейткіштерді пайдаланатын дәл түзетушілер кіреді.

Өнім детекторы

Өнім детекторы – AM және SSB сигналдары үшін қолданылатын демодулятордың бір түрі, онда бастапқы тасымалдаушы сигнал алынған сигналды тасымалдаушы жиілігінде (немесе оған жақын) сигналмен көбейту арқылы жойылады. Конверттік детектор сияқты сигналдың конвертін түзету арқылы декодталған толқын пішініне түрлендірудің орнына, өнім детекторы модульденген сигнал мен жергілікті осциллятордың көбейтіндісін алады, сондықтан осылай аталады. Гетеродинация арқылы алынған сигнал жергілікті осциллятордан келетін сигналмен (кейбір сызықтық емес құрылғыда) араластырылады, бұл араластырылған сигналдарға қосынды және айырмашылық жиіліктерін береді – супергетеродиндегі бірінші араластырғыш сатысы аралық жиілікті шығаратыны сияқты. Бұл жағдайдағы соққы жиілігі – төмен жиілікті модуляциялау сигналы, ол қалпына келтіріледі және өнім детекторының шығысынан қажетсіз жоғары жиіліктер сүзіліп алынады. Амплитудалық модульденген сигналдың бүйірлік жолақтары тасымалдаушыдан барлық ақпаратты олардың жиілігіне байланысты ығыстырылған күйде сақтайды, сондықтан өнім детекторы жай ғана бүйірлік жолақтарды естілетін диапазонға араластырады, осылайша бастапқы аудионы естуге болады. Өнім детекторлары негізінен сақиналық модуляторлар немесе синхронды детекторлар болып табылады және фазалық сезімтал детекторлар схемаларымен тығыз байланысты. Оларды диодтар сақинасы немесе бір қос қақпалы өріс эффектілік транзистор сияқты қарапайым құрылымдардан бастап, Гилберт ұясы бар интегралды схема сияқты күрделі құрылымдарға дейін жасауға болады. Қысқа толқынды тыңдаушылар мен радио әуесқойлары әдетте конверттік детекторларға қарағанда өнім детекторларын артық көреді, себебі олар AM және SSB сигналдарын қабылдауға мүмкіндік береді. Соққы жиілігі осцилляторы тасымалдаушы жиілігінен сәл жоғары немесе төмен реттелген жағдайда, олар CW сигналдарын да демодуляциялай алады.

Жиілік және фазалық модуляция детекторлары

АМ детекторлары FM және PM сигналдарын демодуляциялай алмайды, себебі екеуінің де амплитудасы тұрақты. Дегенмен, АМ радиосы FM хабар таратуының дыбысын радионы номиналды хабар тарату жиілігінен сәл жоғары немесе төмен баптау арқылы анықтай алады. Бұл еңіс бойынша анықтау құбылысы нәтижесінде болады. Радио баптау қисығының бір көлбеу бөлігіндегі жиілік өзгеруі күшейтілген сигналға сәйкес жергілікті амплитуда өзгеруін тудырады, ал АМ детекторы осы өзгеріске сезімтал. Еңіс бойынша анықтау, әдетте қолданылатын арнайы FM детекторларымен салыстырғанда нашаррақ бұрмалауға және шуды басуға әкеледі.

Фазалық детектор

Фазалық детектор – екі осцилляциялық кіріс сигналы арасындағы фазалық айырмашылықты көрсететін сызықтық емес құрылғы. Оның екі кірісі және бір шығысы бар: бір кіріске эталондық сигнал, ал екіншісіне фазалық немесе жиілігі өзгертілген сигнал қосылады. Шығыс сигналы – екі кіріс арасындағы фазалық айырмашылыққа пропорционалды. Фазалық демодуляцияда ақпарат тасымалдаушы толқынның фазалық ығысу мөлшері мен өзгеру жылдамдығында сақталады.

Фостер-Сили дискриминаторы

Фостер-Сили дискриминаторы – кеңінен қолданылатын FM детекторы. Детектор екі диодты толық толқынды DC түзету тізбегіне қоректендіретін арнайы орталық түйінді трансформатордан тұрады. Кіріс трансформаторы сигнал жиілігіне келгенде, дискриминатордың шығысы нөлдік болады. Тасымалдағыш жиілігінің ауытқуы болмағанда, орталық түйінді трансформатордың екі жартысы теңгерілген күйде болады. FM сигналы тасымалдағыш жиілігінен жоғары және төмен ауытқанда, екі жартының арасындағы тепе-теңдік бұзылады және шығыс кернеуі жиілік ауытқуына пропорционалды болады.

Қатынас детекторы

Қатынас детекторы – Фостер-Сили дискриминаторының бір түрі, бірақ бір диод кері бағытта жұмыс істейді және алдыңғы трансформаторда қосымша орам қолданылады. Мұндай жағдайда шығыс сигнал диодтардың кернеулерінің қосындысы мен орталық нүкте арасында алынады. Диодтарға қосылған шығыс, үлкен сыйымдылықтағы конденсаторға жалғанады, бұл қатынас детекторының шығысындағы АМ шуын азайтады. Қатынас детекторының Фостер-Сили дискриминаторынан артықшылығы – ол АМ сигналдарына реакция бермейді, соның салдарынан шектегіш каскадты қажет етпейді; алайда, бірдей кіріс сигналы үшін шығысы дискриминатор шығысының тек 50% құрайды. Қатынас детекторының өткізу қабілеті кеңірек, бірақ Фостер-Сили дискриминаторына қарағанда бұрмалау деңгейі жоғары.

Квадраттура детекторы

Квадраттуралық детекторларда FM сигналы екіге бөлінеді. Екі сигналдың бірі жоғары реактивті конденсатор арқылы өтеді, ол сигналдың фазасын 90 градусқа өзгертеді. Бұл фазалық өзгертілген сигнал FM сигналының модульденбеген, "орталық" немесе "тасымалдаушы" жиілігінде резонансқа келетін LC контурына қолданылады. Егер алынған FM сигналының жиілігі орталық жиілікке тең болса, онда екі сигналдың фазалық айырмасы 90 градусқа тең болады және олар "фазалық квадратурада" екені айтылады – сондықтан бұл әдіс осылай аталады. Екі сигнал аналогты немесе цифрлық құрылғыда бір-бірімен көбейтіледі, ол фазалық детектор қызметін атқарады; яғни, шығысы екі сигнал арасындағы фазалық айырмашылыққа пропорционалды құрылғы. Модуляцияланбаған FM сигналы жағдайында фазалық детектордың шығысы – шығыс сүзгіленгеннен кейін, яғни уақыт бойынша орташаланғанда – тұрақты болады; атап айтқанда, нөлге тең. Алайда, егер алынған FM сигналы модульденген болса, онда оның жиілігі орталық жиіліктен өзгереді. Бұл жағдайда резонанстық LC контуры конденсатордан шыққан сигналдың фазасын одан әрі өзгертеді, сондықтан сигналдың жалпы фазалық ауысуы конденсатордың салған 90 градусының және LC контурының салған оң немесе теріс фазалық өзгерісінің қосындысына тең болады. Фазалық детектордың шығысы нөлден өзгеше болады, осылайша FM тасымалдаушысын модуляциялау үшін пайдаланылған бастапқы сигнал қалпына келтіріледі.

XOR қақпасы детекторы

Жоғарыда сипатталған анықтау процесін, сондай-ақ, эксклюзивті OR (XOR) логикалық шлюзінде, шектеулі бастапқы FM сигналы мен осы сигналдың көшірмесі, жиілікке байланысты өзгеретін фазалық ығысуды тудыратын желі арқылы өткізілген (мысалы, LC тізбегі, содан кейін шектеулі) немесе сигналдың орталық жиілігіндегі тұрақты жиілікті шаршы толқынды тасымалдаушы арқылы іске асыруға болады. XOR шлюзі екі сигнал арасындағы фаза айырмасына сәйкес келетін шығыс импульстары ағынын тудырады. Екі кіріс арасындағы фазалық айырманың өзгеруіне байланысты, импульс ені модуляцияланған (PWM) сигнал пайда болады. Осы импульстарға төмен өткіргіш сүзгі (төмен жиілікті сүзгі) қолданғанда, сүзгінің шығысы импульстардың ұзаруына байланысты өседі, ал импульстардың қысқаруына байланысты төмендейді. Осылайша, FM тасымалдаушысын модуляциялау үшін қолданылған бастапқы сигнал қалпына келтіріледі. Егер бастапқы сигналдың фазалық ығыстырылған нұсқасы қолданылса, нәтиже жиілікті демодуляция болады, себебі XOR шлюзінің кірістері арасындағы жиілік айырмасы нөлге тең болып қалады және олардың фазалық байланысына әсер етпейді. Ал тұрақты жиілікті тасымалдаушы қолданғанда, нәтиже фазалық демодуляция болады, бұл жағдайда бастапқы модуляциялық сигналдың интегралына тең.

Фазалық бұғатталған цикл детекторы

Фазалық бұғатталған иінткіш детекторы демодуляцияны жүзеге асыру үшін жиілікті таңдау LC тізбегін қажет етпейді. Бұл жүйеде кернеумен басқарылатын осциллятор (ВКО) кері байланыс арнасы арқылы фазалық бұғатталады, бұл ВКО-ны кіріс FM сигналының жиілік өзгерістерін қадағалауға мәжбүр етеді. Модуляцияланған FM сигналының жиілігін ВКО жиілігімен сәйкестендіретін төмен жиілікті қате кернеуі – демодуляцияланған аудио шығысы болып табылады. Фазалық бұғатталған иінткіш детекторын фазалық бұғатталған циклдің жиілік синтезаторымен шатастырмау керек, ол көбінесе цифрлық түрде реттелген AM және FM радиоларында жергілікті осциллятор жиілігін жасау үшін қолданылады.