Comprendre le discriminateur d'accueil de Foster-Seeley

Le discriminateur de Foster-Seeley est une sorte de détecteur FM largement utilisé au milieu des années 1900.Il fonctionne en utilisant un transformateur spécial pour modifier les changements de fréquence dans un signal FM en changements d'amplitude.Ces changements d'amplitude sont ensuite traités pour produire une sortie CC, la tension changeant en fonction de la fréquence du signal FM.Ce détecteur est connu pour être simple et efficace, en particulier lorsque le signal est solide et stable.

Cet article examine comment fonctionne le discriminateur de Foster-Seeley, expliquant ses pièces, comment elle fonctionne et son rôle important dans des choses comme les récepteurs de radio FM et les systèmes radar.Il le compare également avec d'autres discriminateurs FM, tels que le détecteur de ratio et le détecteur de boucle verrouillée en phase (PLL), pour comprendre ses avantages, ses inconvénients et à quel point il correspond bien à différentes technologies.

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Figure 1: Diagramme de circuit de discriminateur de section Foster-Seeley

Origines et inventeurs du discriminateur de Foster-Seeley

Dudley E. Foster et Stuart William Seeley étaient des inventeurs importants dans le domaine de l'électronique, surtout connu pour créer le circuit de Foster Seeley en 1936. C'était à une époque où la technologie radio se développait rapidement, et l'amélioration des signaux radio était un objectif principal.Foster a travaillé comme ingénieur à Western Electric, tandis que Seeley était avec RCA.Ensemble, ils ont fait un circuit qui a contribué à améliorer la technologie de modulation de fréquence (FM), résolvant des problèmes liés à la stabilité de la radiofréquence.

Le circuit Foster Seeley a été initialement conçu pour maintenir les radiofréquences stables pendant la transmission, qui est appelée contrôle automatique des fréquences.Il a été découvert plus tard qu'il était également génial dans la démodulation FM, ce qui signifie qu'il pourrait transformer les changements de fréquence en son.Les performances stables et fiables du circuit l'ont fait partie des radios FM.

Des années 1930 aux années 1970, le circuit de Seeley Foster a été couramment utilisé dans les radios pour décoder les signaux FM.Il a joué un rôle important dans la Seconde Guerre mondiale et dans les systèmes de communication militaires et civils.Son design simple le rendait populaire pendant de nombreuses années.À la fin du 20e siècle, les circuits intégrés (CI) sont devenus largement utilisés.Ces petites puces pourraient contenir des milliers de transistors, ce qui rend les appareils plus petits, moins chers et plus efficaces.En conséquence, les méthodes plus récentes de décodage FM ont remplacé le circuit Foster Seeley, et il est devenu obsolète, reflétant un changement majeur vers la technologie compacte et numérique dans l'industrie de l'électronique.

Figure 2: Discriminateur de Foster-Seeley

Composants du discriminateur de la Foster-Seeley

Transformateur

La partie principale du discriminateur de Foster-Seeley est un transformateur avec une bobine secondaire plaquée au centre.Ce transformateur divise le signal FM en deux courants opposés.Le robinet central est mis à la terre et les deux moitiés du signal vont à des diodes séparées.Cette configuration aide à comparer les différences de phase et d'amplitude nécessaires au décodage précis du signal.

Une différence principale est que le discriminateur de Foster-Seeley n'a pas de troisième enroulement sur le transformateur.Le détecteur de ratio utilise un enroulement supplémentaire pour aider à rendre le décodage plus stable, en particulier lorsque la résistance du signal change.Cet enroulement supplémentaire rend également le détecteur de rapport moins sensible aux variations d'amplitude.

Étouffer

Le starter dans ce circuit maintient la sortie stable en maintenant un niveau CC constant.Il est placé là où les signaux rectifiés des diodes se rencontrent.Le starter aide à lisser le bruit à haute fréquence et contrôle le flux de courant.Sans cela, la sortie serait instable, affectant le signal décodé.

Dans le circuit Foster Seeley, le starter joue un rôle similaire au troisième enroulement dans le détecteur de rapport mais est moins efficace.Bien que le starter aide à stabiliser la sortie, il ne gère pas complètement les changements d'amplitude ainsi que le troisième enroulement du détecteur de rapport.Cela rend le discriminateur d'accueil de Foster-Seeley plus simple et moins cher à construire, mais plus susceptible d'être affecté par les changements de force du signal.

Diodes

Deux diodes sont placées symétriquement de chaque côté de la bobine secondaire du transformateur.Chaque diode traite le signal de son côté, créant deux tensions CC distinctes.Ces tensions sont ensuite comparées aux changements de mesure du signal FM.La configuration équilibrée des diodes garantit que la sortie correspond étroitement au signal d'origine, même si l'amplitude d'entrée change.

Condensateurs

Les condensateurs sont importants dans les circuits qui correspondent à la fréquence du signal FM.Ils travaillent avec les diodes et le transformateur pour filtrer les signaux indésirables, permettant uniquement aux bons.Avec le transformateur, ils aident à diviser le signal en parties bonnes et à le maintenir équilibré.Les condensateurs aident à maintenir la fréquence du circuit stable et le signal stable.

Résistances de chargement

Des résistances de charge se trouvent à la sortie des diodes, où ils transforment le courant en tension de correspondance.Cette tension contient le signal final qui contient le son ou les données d'origine.Les résistances aident à former le signal correct, permettant de récupérer le contenu d'origine après le processus de démodulation.

Figure 3: Composants de discriminatrice d'accueil de Foster-Seeley

Comment fonctionne le discriminateur de Foster-Seeley?

Le discriminateur de Foster-Seeley fonctionne en transformant les changements de fréquence d'un signal FM (modulation de fréquence) en quelque chose d'utile, comme le son.Contrairement à AM (modulation d'amplitude), qui change la force d'un signal, FM modifie sa fréquence.Le travail du discriminateur consiste à ramasser et à comprendre ces modifications afin que d'autres parties, comme les haut-parleurs, puissent utiliser les informations.

Le cœur du discriminateur a deux circuits en bobines et condensateurs.Ces circuits sont soigneusement ajustés pour correspondre à la fréquence principale du signal FM.Au fur et à mesure que le signal passe par ces circuits, ils réagissent à ses changements de fréquence et aident à transformer ces changements en signaux électriques qui peuvent être traités davantage.

Figure 4: Foster-Seeley Discriminator Work

Une partie principale du discriminatrice est le transformateur, il a un enroulement spécial en forme de centre.Ce transformateur divise le signal FM en deux parties qui sont les mêmes mais avec des phases opposées - lorsqu'un signal monte, l'autre tombe, comme les images miroir.

Cette division prépare les signaux pour l'étape suivante, où les changements de fréquence seront transformés en variations de force du signal.Ces deux signaux sont envoyés pour séparer les diodes et transformer le courant alternatif (AC) en courant direct (DC).Cela donne deux sorties CC, une pour chaque partie du signal fendu.

Comportement du circuit avec des fréquences appariées et dépareillées

Fréquence appariée (pas de déviation): lorsque la fréquence du signal entrant s'aligne exactement avec la fréquence centrale des circuits réglés, le signal se divise uniformément lorsqu'il passe par les deux moitiés du transformateur.Les deux parties du signal restent parfaitement équilibrées.Après avoir traversé les diodes, les signaux rectifiés produisent des tensions égales mais opposées.Ces tensions opposées s'annulent mutuellement, ce qui entraîne une tension de sortie.Cet état équilibré se produit lorsqu'il n'y a pas de modulation, représentant la fréquence porteuse.

Fréquence incompatible (écart): Lorsque la fréquence du signal entrant s'éloigne de la fréquence centrale, en raison de la modulation, l'équilibre entre les deux signaux est perturbé.Si la fréquence s'élève au-dessus de la fréquence centrale, un côté du circuit génère une tension plus élevée que l'autre.Inversement, si la fréquence tombe en dessous de la fréquence centrale, l'autre côté produit la tension plus élevée.Les diodes rectifient ces signaux inégaux, et la différence de tension crée une tension de sortie positive ou négative.Le fait que la sortie soit positive ou négative dépend de savoir si le décalage de fréquence est supérieur ou inférieur au centre.Cette tension de sortie est directement liée à la quantité d'écart de fréquence et transporte les informations modulées.

Figure 5: Schéma du système de discriminateur de fréquence basé sur la ligne de retard

Différence de phase dans le traitement du signal et les effets de la modulation et de la démodulation

La différence de phase entre les signaux joue un rôle important dans le traitement du signal, en particulier dans le fonctionnement du discriminateur de Foster-Seeley.Lorsqu'un signal FM entre dans le discriminateur, il est divisé en deux chemins par un transformateur.Ce transformateur crée deux signaux qui sont exactement opposés en phase (180 degrés séparés).Cette différence de phase est nécessaire pour les diodes du circuit pour détecter correctement les modifications de la fréquence du signal.

À mesure que la fréquence du signal entrant change due à la modulation, la différence de phase entre les deux chemins change légèrement.Ce décalage de phase est connecté à la variation de fréquence.Lorsque la fréquence s'éloigne de la valeur centrale, la différence de phase devient plus visible.Ces changements de phase affectent la force des signaux atteignant les diodes, provoquant différents niveaux de tension.

Figure 6: Démodulation de discriminatrice de section d'accueil

Impact de la modulation: la modulation modifie la fréquence du signal FM en fonction de l'amplitude du signal d'origine.Ces changements de fréquence affectent la différence de phase entre les deux signaux du discriminateur.Le circuit détecte ces changements et les transforme en changements de tension qui représentent le signal de modulation d'origine.

Impact de la démodulation: Pendant la démodulation, le discriminateur utilise les différences de phase pour produire une tension qui correspond aux changements de fréquence dans le signal FM.Cette tension correspond au signal d'origine, comme un flux audio, qui peut ensuite être traité ou amplifié pour l'écoute.

Figure 7: Courbe du démodulateur

Applications du discriminateur de la Foster-Seeley

Récepteurs de radio FM

Le discriminateur de Foster-Seeley est surtout connu pour son utilisation dans les radios FM.Avant que cette méthode ne soit développée, des façons antérieures de décoder les signaux FM n'étaient pas aussi bonnes et ont provoqué plus de distorsion.Grâce au discriminateur de Foster-Seeley, les radios FM produisent désormais un son plus clair, ce qui rend la musique et les émissions beaucoup mieux pour des millions d'auditeurs aujourd'hui.

Télécommunications

Dans les télécommunications, un décodage de signal clair est nécessaire pour une communication fluide.Le discriminateur de Foster-Seeley est utilisé dans des systèmes tels que les communications micro-ondes et satellites, utilisent souvent une modulation de fréquence pour envoyer des données sur de longues distances.Il aide à extraire les données avec précision du signal, en s'assurant que la voix, la vidéo ou d'autres informations sont transmises clairement.

Radar

Les systèmes radar utilisent une modulation de fréquence pour suivre les distances et détecter les objets en mouvement.Le discriminateur de Foster-Seeley aide à traiter les signaux radar, permettant au système de calculer correctement l'emplacement et la vitesse des objets.Sans cela, la précision du radar baisserait, affectant des systèmes importants comme le contrôle du trafic aérien et la surveillance météorologique.

Radios bidirectionnels

Dans des appareils tels que des talkies-walkies et des radios de communication à courte portée, le discriminateur de Foster-Seeley aide à fournir une transmission vocale claire.Ceci est important pour les services d'urgence, les militaires et les autres industries où une communication claire est nécessaire, en particulier dans des environnements bruyants ou difficiles.

Communications d'avions et marines

Dans les systèmes d'aviation et marine, les signaux FM sont utilisés car ils résistent au bruit et aux interférences.Par exemple, les radios d'avion utilisent FM pour parler avec le contrôle du trafic aérien.Le discriminateur de Foster-Seeley s'assure que ces signaux sont correctement décodés, garantissant une communication fluide et claire comme les situations d'urgence.

Systèmes de contrôle de fréquence automatique (AFC)

Le discriminateur de Foster-Seeley utile dans les systèmes qui doivent maintenir les fréquences stables, comme les récepteurs de télévision et l'équipement de communication.Il aide le système à corriger les changements de fréquence en temps réel, en s'assurant que le signal reste fort et stable pour de meilleures performances.

Analyse comparative des discriminateurs FM

Discriminateur de Foster-Seeley vs détecteur de ratio

Le discriminateur de Foster-Seeley et le détecteur de rapport sont conçus pour démoduler les signaux à modulation de fréquence (FM), mais ils fonctionnent avec des configurations distinctes et des traits de performance.Le discriminateur de Foster-Seeley utilise un transformateur RF à double réglage et une paire de diodes.Cette configuration convertit la fréquence se transforme en changements d'amplitude, puis traduit en tension qui représente le signal d'origine.

Le détecteur de rapport fonctionne de manière similaire mais comprend une amélioration: un condensateur supplémentaire qui améliore sa capacité à rejeter les variations d'amplitude.Cette caractéristique rend le détecteur de rapport plus stable et moins vulnérable au bruit que le discriminateur d'accueil de Seeley.Cependant, il nécessite plus de précision pendant l'alignement et l'étalonnage.Bien que les deux offrent une bonne linéarité et une bonne sensibilité, le détecteur de rapport fonctionne mieux lorsque le signal est exposé aux changements d'amplitude.

Figure 8: Diagramme de circuit du détecteur de rapport

Discriminateur de Foster-Seeley vs Quadrature Detector

Le détecteur en quadrature adopte une approche différente du discriminateur d'accueil de Seeley lors de la démodulation des signaux FM.Alors que le discriminateur de Seeley Foster convertit les écarts de fréquence en changements d'amplitude, le détecteur en quadrature déplace la phase d'un signal de référence de 90 degrés par rapport au signal FM entrant.En mélangeant les signaux décalés et reçus, la sortie est directement corrélée à l'écart de fréquence.

Le détecteur de quadrature excelle dans les fluctuations d'amplitude du signal de manipulation, ce qui le rend très efficace dans des conditions bruyantes.En comparaison, le discriminateur d'accueil de Seeley est plus sensible au bruit et nécessite un ajustement minutieux de ses composants pour fonctionner efficacement.Pour cette raison, le détecteur en quadrature est souvent préféré dans les systèmes de communication numérique.

Figure 9: Le détecteur en quadrature fonctionne

Discriminateur de Foster-Seeley vs Détecteur en boucle à verrouillage de phase (PLL)

Lorsque vous comparez le discriminateur d'accueil de Se-Seeley avec un détecteur de boucle à verrouillage de phase (PLL), les différences de technologie et de performance deviennent claires.Un PLL se verrouille sur la phase du signal FM entrant et ajuste en continu un oscillateur local pour maintenir une relation de phase cohérente.Ce processus démodule le signal à haute précision.Les détecteurs de PLL surpassent le discriminateur de Foster-Seeley en termes de stabilité de fréquence, de résistance au bruit et de capacité à gérer les écarts de fréquence plus importants.

Figure 10: Diagramme de détection de boucle à verrouillage de phase (PLL)

Discriminateur de Foster-Seeley vs Zero Crossing Detector

Le détecteur de croisement zéro offre une approche beaucoup plus simple de la démodulation FM en identifiant lorsque le signal traverse la ligne de tension zéro.Cette méthode contraste fortement avec le discriminatrice de Sompo-Seeley, qui s'appuie sur une conception plus complexe pour traduire les changements de fréquence en variations d'amplitude.

Bien que le détecteur de croisement zéro soit facile à mettre en œuvre et à rentrer, il a tendance à être moins précis et plus sensible au bruit.Il fonctionne bien dans les applications à faible coût où une fidélité élevée du signal n'est pas une priorité.D'un autre côté, le discriminateur de Foster-Seeley, bien que plus complexe, offre une bien meilleure qualité de signal et est idéal pour les applications nécessitant une plus grande précision dans la démodulation.

Figure 11: Diagramme de détecteur Zero Crossing

Discriminateur de Foster-Seeley vs Détecteur de pente

Le détecteur de pente est une autre alternative plus simple pour la démodulation FM.Il utilise un circuit à un seul réglage, avec sa courbe de réponse en fréquence positionnée légèrement hors centre de la fréquence porteuse.Au fur et à mesure que le signal FM passe, les écarts de fréquence produisent des changements de tension en fonction de l'endroit où ils se situent le long de la pente de la courbe de réponse.

Bien que facile et peu coûteux à construire, le détecteur de pente est moins précis et plus sujet aux variations de bruit et de signal.En revanche, la configuration équilibrée du Discriminator Foster-Seeley offre une plus grande stabilité et précision, ce qui en fait la meilleure option lorsqu'une démodulation FM fiable et de haute qualité est requise.

Figure 12: Diagramme du détecteur de pente

Avantages et inconvénients du discriminateur de la Foster-Seeley

Avantages	Désavantage
Design simple: utilise principalement un transformateur et un anneau de diode, ce qui facilite la construction et le maintien.	Sensible au bruit d'amplitude: Filtrez les changements dans la résistance du signal, permettant au bruit d'affecter le décodage FM.
Facile à régler: aucune compétence spécialisée requise Pour le réglage, ce qui le rend convivial.	Coût plus élevé: tandis que les pièces de base sont Des circuits abordables et supplémentaires comme les limiteurs peuvent augmenter les coûts.
Tension de sortie élevée: produit une sortie élevée Tension pendant les changements de fréquence, réduisant le besoin d'une amplification supplémentaire.	Large bande passante requise: a besoin d'un plus grand La bande passante pour fonctionner efficacement, ce qui peut être limitant dans certaines applications.
Précis et fiable: fournit clairement et Audio de haute qualité, en maintenant la clarté du signal.	Limitations de taille: transformateur et connexe Les pièces le rendent encombrant, difficile pour les appareils compacts.
Linéarité cohérente: offre stable performance à travers un large éventail de niveaux de signal, assurant la stabilité même conditions fluctuantes.

Conclusion

Le discriminateur de Foster-Seeley, avec sa conception détaillée et son fonctionnement efficace, est un outil principal pour démoduler les signaux FM.Bien qu'il ait des faiblesses, comme être sensible au bruit et avoir besoin d'une large bande passante, il présente des avantages tels qu'un design simple, un réglage facile et une tension de sortie élevée.Cela en fait un choix populaire dans de nombreuses utilisations.Il aide à fournir un son plus clair dans les radios FM et améliore la fiabilité des systèmes de télécommunications et de radar.Même si les nouvelles technologies offrent une meilleure résistance au bruit et à la stabilité, le discriminateur de Foster-Seeley est toujours important en électronique, en particulier lorsque le faible coût et la fiabilité sont nécessaires.Son utilisation continue montre la valeur de connaître ses forces et ses faiblesses à mesure que la technologie de modulation de fréquence progresse.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Quel est le discriminateur de Foster-Seeley?

Le discriminateur de Foster-Seeley est un circuit électronique utilisé pour démoduler les signaux de modulation de fréquence (FM).Le circuit comprend un transformateur avec un enroulement secondaire à plateau central et deux diodes, qui sont configurées d'une manière qu'ils peuvent détecter la différence de phase entre un signal d'entrée et un signal de référence généré localement.Cette différence de phase, varie avec la fréquence du signal FM entrant, est convertie en une variation d'amplitude correspondante, démodulant efficacement les variations de fréquence dans le signal audio ou de données d'origine.

2. Quelle est la fonction du discriminateur dans le récepteur FM?

Dans un récepteur FM, la fonction du discriminateur est de convertir les variations de fréquence dans le signal reçu en variations d'amplitude en tension, qui sont plus faciles à traiter et à se reconvertir en format audio ou de données d'origine.Ce processus est important car les informations d'un signal FM sont codées dans les écarts de fréquence par rapport à une fréquence porteuse, plutôt que des variations d'amplitude.Le discriminateur permet au récepteur de détecter ces écarts et de les traduire sous une forme utilisable.

3. Quelle est la différence entre le détecteur de ratio et le circuit de discriminatrice d'accueil de Foster-Seeley?

Le détecteur de ratio et le discriminateur de Seeley Foster-Seeley sont utilisés pour démoduler les signaux FM, mais ils diffèrent dans la conception et les performances.Le détecteur de rapport utilise une configuration similaire avec un transformateur et des diodes mais comprend un condensateur supplémentaire qui fournit une régulation automatique d'amplitude et un rejet de bruit amélioré.Cela rend le détecteur de rapport plus stable et moins sujet au bruit par rapport au discriminateur de Foster-Seeley.La Foster Seeley, en revanche, est plus simple et était plus populaire dans la technologie radio antérieure en raison de sa mise en œuvre simple, mais est plus sensible aux variations d'amplitude et au bruit.

4. Qu'est-ce qu'un discriminateur dans un récepteur?

Un discriminateur au sein d'un récepteur est un circuit qui remplit la fonction de démodulation pour les signaux modulés par fréquence.Il sert de composant qui extrait les informations audio ou de données de l'onde porteuse en détectant les décalages de fréquence et en les convertissant en variations de tension qui représentent le signal d'origine.

5. Quelle est l'utilisation du discriminateur de fréquence?

Un discriminateur de fréquence est utilisé pour démoduler les signaux modulés par fréquence en convertissant les changements de la fréquence du signal reçu en changements correspondants de tension.Ceci est bon dans les systèmes de communication où les données ou les informations audio sont transmises sur des distances à l'aide de FM, car il permet au récepteur de reconstruire avec précision les informations transmises à partir des variations de fréquence du signal reçu.