Ich meine diese Phasendetektoren, die man zum Betrieb einer Phasenregelschleife braucht. Nach welchem Prinzip funktioniert so ein Detektor, der als Ausgang eine positive oder negative, und im ausgeregelten Zustand eine Regelspannung von 0V erzeugt. Leider finde ich überall nur oberflächliche Erklärungen. Mathematik brauche ich auch nicht, denn davon entsteht kein Phasendetektor.

Zuletzt bearbeitet am 06.07.16 15:41

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Hallo,

es gibt im Wesentlichen zwei verschiedene Varianten von Phasendetektoren, die 'analogen' und die 'digitalen'.

Die analogen Detektoren sind Mischer (Analog-Multiplizierer), welche das Eingangs- mit dem Referenzsignal mischen. Bei gleicher Frequenz der beiden Eingangssignale entsteht am Mischerausgang neben einem Signal mit der doppelten Frequenz eine Gleichspannung, deren Höhe von der Phasendifferenz der beiden Eingangssignale abhängt. Bei 90 Grad Phasendrehung ist diese Gleichspannung Null, ansonsten proportional zum Cosinus der Phasendifferenz. Als Mischer eignen sich für diesen Zweck Analog-Multiplizierer (teuer), vollsymmetrische Mischer-ICs (z.B. NE612 oder S042P) oder auch Diodenmischer, solange der ZF-Ausgang keine untere Grenzfrequenz hat. Am Ausgang braucht es ein Tiefpassfilter, welches die Signalkomponente mit der doppelten Frequenz abblockt. Falls die beiden Eingangssignale als symmetrische Rechtecksignale vorliegen, kann man als Phasenvergleicher auch ein EXOR-Gatter nehmen.
Die Funktion ist folgende: Eine Mischung ist ja nichts anderes als eine Multiplikation, und beim Multiplizieren von 2 Sinussignalen entstehen ja bekanntlich 2 Signale, eines mit der Summe der beiden Eingangsfrequenzen und eines mit der Differenz der beiden Eingangsfrequenzen. Sind die beiden Eingangsfrequenzen gleich, ist die Differenzfrequenz Null, es entsteht also eine Gleichspannungskomponente, deren Höhe von der Phasenverschiebung der beiden Eingangssignale abhängt. Das sieht man einfach: werden zwei phasengleiche Sinussignale multipliziert, sind die Momentanwerte immer beide positiv oder negativ, das Produkt also immer positiv, und es entsteht eine positive Ausgangsspannung. Bei exakt gegenphasigen Signalen ist immer ein Faktor positiv und einer negativ, so dass das Produkt und damit die Ausgangsspannung negativ wird.Bei den übrigen Phasenverschiebungen gibt es positive und negative Produkte, durch die Mittelung mit dem Tiefpassfilter entsteht dann eine Gleichspannung, die vom Verhältnis der positiven zu den negativen Produkten und somit der gegenseitigen Phasenverschiebung abhängt. Bei 90 Grad Phasenverschiebung heben sich die positiven und negativen Produkte gerade auf und die Ausgangsspannung wird Null.

Die digitalen Detektoren reagieren auf die Flanken der Eingangssignale, daher müssen diese saubere Rechtecksignale sein. Ausgewertet wird die Zeit zwischen den Flanken der beiden Signale und entsprechend positive oder negative Spannungspulse ausgegeben. Kommt z.B. die positive Flanke des ersten Signals zuerst, wird eine positive Spannung ausgegeben, bis die positive Flanke des 2. Signals kommt, und entsprechend bei umgekehrter Reihenfolge der Flanken eine negative Spannung. Ein Vertreter dieser Gattung ist z.B. der 4046 (oder 74HC4046), im Datenblatt ist die Funktion ausführlich beschrieben.

Die analogen Detektoren haben den Vorteil, dass sie auch mit verrauschten Eingangssignalen noch arbeiten, dafür ist der 'Fangbereich', also die maximale Frequenzabweichung der beiden Signale, wenn man einen VCO auf ein Eingangssignal synchronisieren will, prinzipbedingt beschränkt, und sie können auch auf eine Oberwelle einrasten. Weiter müssen die Eingangssignale symmetrisch und im Fall von analogen Mischern amplitudenstabil sein.
Die digitalen Detektoren haben einen beliebig grossen Fangbereich (bei entsprechender Auslegung) und können nicht auf Oberwellen einrasten, reagieren aber empfindlich auf Störpulse. Die Eingangssignale müssen nicht symmetrisch sein, da nur eine Flanke ausgewertet wird.

Gruss HB9

Vielen Dank. Das haben Sie sehr schön verständlich erklärt. Das man Produktdetektoren oder Multiplikative Mischer verwenden kann, habe ich an anderer Stelle gelesen, nur leider wurde nicht weiter eingegangen, wie das genau funktioniert.