Foster-Seeley差別者を理解する

Foster-Seeleyの判別器は、1900年代半ばに広く使用されていたFM検出器の一種です。特別な変圧器を使用して、FM信号の周波数の変化を振幅の変化に変更することで機能します。次に、これらの振幅の変化が処理され、DC出力が生成され、FM信号の周波数に基づいて電圧が変化します。この検出器は、特に信号が強く安定している場合、シンプルで効果的であることが知られています。

この記事では、Foster-Seeleyの判別器がどのように機能するか、その部分、その動作、FMラジオレシーバーやレーダーシステムなどの重要な役割を説明します。また、比率検出器や位相ロックループ（PLL）検出器などの他のFM判別器と比較して、その利点、欠点、およびさまざまなテクノロジーにどれだけ適しているかを理解します。

カタログ

図1：Foster-Seeley Disfrinator Circuit Diagram

Foster-Seeley差別者の起源と発明者

ダドリーE.フォスターとスチュアートウィリアムシーリーは、1936年にフォスターシーリーサーキットを作成することで最もよく知られているエレクトロニクスの分野で重要な発明者でした。これは、無線技術が急速に成長し、無線信号を改善することが主な焦点でした。FosterはWestern Electricでエンジニアとして働いていたが、SeeleyはRCAと一緒にいた。一緒に、彼らは周波数変調（FM）テクノロジーの改善に役立つ回路を作成し、無線周波数の安定性に関連する問題を解決しました。

Foster Seeley回路は、もともと自動周波数制御と呼ばれる伝送中に無線周波数を安定させるように設計されていました。後にFM復調も優れていることが発見され、周波​​数の変化を音に変えることができることがわかりました。回路の安定した信頼性の高いパフォーマンスにより、FMラジオの一部になりました。

1930年代から1970年代にかけて、フォスターシーリーサーキットは、FM信号を解読するためにラジオで一般的に使用されていました。第二次世界大戦と軍事および民間のコミュニケーションシステムの両方で重要な役割を果たしました。そのシンプルなデザインは、長年にわたって人気がありました。20世紀後半までに、統合回路（ICS）が広く使用されました。これらの小さなチップは、数千のトランジスタを保持する可能性があり、デバイスが小さく、安価で、より効率的になります。その結果、FMデコードの新しい方法がFoster Seeleyサーキットに取って代わり、エレクトロニクス業界のコンパクトおよびデジタルテクノロジーへの大きな変化を反映して、時代遅れになりました。

図2：Foster-Seeley Disrionator

Foster-Seeley差別者のコンポーネント

トランス

Foster-Seeleyの識別器の主要部分は、中央にタップされたセカンダリコイルを備えたトランスです。この変圧器は、FM信号を2つの反対の電流に分割します。中央のタップは接地されており、信号の2つの半分は別々のダイオードに移動します。このセットアップは、正確な信号デコードに必要な位相と振幅の違いを比較するのに役立ちます。

主な違いの1つは、Foster-Seeleyの判別器が変圧器に3番目の巻線がないことです。比率検出器は、特に信号強度が変化する場合、デコードをより安定させるために余分な巻線を使用します。この余分な巻線により、比率検出器は振幅の変動に対する感度を低下させます。

チョーク

この回路のチョークは、一定のDCレベルを維持することにより、出力を安定させます。それは、ダイオードからの整流された信号が出会う場所に配置されます。チョークは、高周波ノイズを滑らかにするのに役立ち、電流の流れを制御します。それがなければ、出力は不安定になり、デコードされた信号に影響します。

フォスターシーリーサーキットでは、チョークは比率検出器の3番目の巻線と同様の役割を果たしますが、効果が低いです。チョークは出力を安定させるのに役立ちますが、振幅の変化と比率検出器の3番目の巻線を完全には処理しません。これにより、Foster-Seeleyの判別器は、構築がよりシンプルで安価になりますが、信号強度の変化の影響を受ける可能性が高くなります。

ダイオード

トランスの二次コイルの両側に2つのダイオードが対称に配置されています。各ダイオードは、その側から信号を処理し、2つの個別のDC電圧を作成します。これらの電圧は、FM信号の変化を測定するために比較されます。ダイオードのバランスの取れたセットアップにより、出力が入力振幅が変化した場合でも、元の信号と密接に一致することが保証されます。

コンデンサ

コンデンサは、FM信号の周波数に一致する回路で重要です。ダイオードとトランスを使用して不要な信号を除外し、適切な信号のみを通過させます。トランスとともに、信号を適切な部分に分割し、バランスを保つのに役立ちます。コンデンサは、回路の周波数を安定させ、信号を安定させるのに役立ちます。

負荷抵抗

荷重抵抗器は、ダイオードの出力にあり、そこでは電流を一致する電圧に変換します。この電圧は、元のサウンドまたはデータを含む最終信号を保持します。抵抗器は正しい信号を形成するのに役立ち、復調プロセス後に元のコンテンツを回復させることができます。

図3：Foster-Seeley Disfrinatorコンポーネント

Foster-Seeley差別者はどのように機能しますか？

FM（周波数変調）信号の周波数の変化を音のような有用なものに変換することにより、Foster-Seeleyの判別器は機能します。AM（振幅変調）とは異なり、信号の強度が変化しますが、FMは周波数を変更します。判別器の仕事は、これらの変更を取り上げて理解して、スピーカーのような他の部分が情報を使用できるようにすることです。

判別器のコアには、コイルとコンデンサで作られた2つの回路があります。これらの回路は、FM信号の主な周波数に一致するように慎重に調整されています。信号がこれらの回路を通過すると、周波数の変化に反応し、それらの変化をさらに処理できる電気信号に変えるのに役立ちます。

図4：Foster-Seeley差別者作業

判別器の主要な部分はトランスです、それは特別なセンタータップ巻きを備えています。この変圧器は、FM信号を同じ2つの部分に分割しますが、同じですが、1つの信号が上昇すると、もう1つの信号が鏡像のように落ちます。

この分割により、信号が次のステップに向けて準備ができており、周波数の変化が信号強度の変動に変わります。これらの2つの信号は別々のダイオードに送信され、交互の電流（AC）を直接電流（DC）に変換します。これにより、2つのDC出力が得られます。1つは分割信号の各部分に1つです。

一致した周波数と不一致の回路の動作

一致した周波数（偏差なし）：着信信号周波数が調整された回路の中心周波数と正確に整列する場合、信号はトランスの2つの半分を通過すると均等に分割されます。信号の両方の部分は完全にバランスが取れたままです。ダイオードを通過した後、整流された信号は等しいが反対の電圧を生成します。これらの対立する電圧は互いにキャンセルされ、出力電圧が発生しません。このバランスの取れた状態は、変調がない場合に発生し、キャリア周波数を表します。

不一致の周波数（偏差）：変調により、着信信号周波数が中心周波数から離れた場合、2つの信号間のバランスが乱されます。周波数が中心周波数を上回る場合、回路の片側はもう一方の側よりも高い電圧を生成します。逆に、周波数が中心周波数を下回ると、反対側はより高い電圧を生成します。ダイオードはこれらの不均等な信号を修正し、電圧の差は正または負の出力電圧を作成します。出力が正または負のかどうかは、周波数シフトが中心の上または下にあるかどうかに依存します。この出力電圧は、周波数偏差の量に直接関連しており、変調された情報が運ばれます。

図5：遅延線ベースの周波数識別システムの概略図

信号処理の位相差と変調と復調の影響

信号間の位相の違いは、特に里親の識別子がどのように機能するかにおいて、信号処理において重要な役割を果たします。FM信号が判別器に入ると、トランスによって2つのパスに分割されます。この変圧器は、位相（180度離れて）でまったく反対の2つの信号を作成します。この位相差は、回路のダイオードが信号の周波数の変化を正しく検出する必要があることです。

変調により着信信号の頻度が変化すると、2つのパス間の位相差がわずかに変化します。この位相のシフトは、周波数の変動に関連しています。周波数が中心値から離れると、位相差がより顕著になります。これらの位相の変化は、ダイオードに到達する信号の強度に影響し、異なる電圧レベルを引き起こします。

図6：Foster-Seeley差別復調復調

変調の影響：変調は、元の信号の振幅に基づいてFM信号の周波数を変化させます。これらの周波数の変化は、判別器の2つの信号間の位相差に影響します。回路はこれらのシフトを検出し、元の変調信号を表す電圧変化に変えます。

復調の影響：復調中、判別器は位相差を使用して、FM信号の周波数の変化に一致する電圧を生成します。この電圧は、オーディオストリームのような元の信号に対応し、リスニングのために処理または増幅できます。

図7：復調器曲線

Foster-Seeley差別者のアプリケーション

FMラジオレシーバー

Foster-Seeleyの判別器は、FMラジオで使用されていることで最もよく知られています。この方法が開発される前に、FM信号をデコードする以前の方法はそれほど良くなく、より多くの歪みを引き起こしました。Foster-Seeleyの差別者のおかげで、FM Radiosはより明確なサウンドを生み出し、今日の何百万人ものリスナーにとって音楽と​​放送をより良くしています。

通信

通信では、スムーズな通信に明確な信号デコードが必要です。Foster-Seeleyの判別器は、マイクロ波や衛星通信などのシステムで使用され、多くの場合、周波数変調を使用して長距離でデータを送信します。信号からデータを正確に抽出し、音声、ビデオ、またはその他の情報が明確に送信されることを確認するのに役立ちます。

レーダーシステム

レーダーシステムは、周波数変調を使用して距離を追跡し、移動オブジェクトを検出します。Foster-Seeley Disrionatorは、レーダー信号の処理を支援し、システムがオブジェクトの位置と速度を正しく計算できるようにします。それがなければ、レーダーの精度は低下し、航空交通制御や気象モニタリングなどの重要なシステムに影響します。

双方向ラジオ

Walkie-Talkiesや短距離通信ラジオなどのデバイスでは、Foster-Seeley Disfrinatorは、明確な音声伝送を提供するのに役立ちます。これは、特に騒々しい環境や困難な環境で、明確なコミュニケーションが必要な緊急サービス、軍、および他の産業にとって重要です。

航空機と海洋通信

航空および海洋システムでは、騒音や干渉に抵抗するため、FM信号が使用されます。たとえば、航空機の無線はFMを使用して航空交通制御と話をします。Foster-Seeleyの判別器は、これらの信号が正しくデコードされていることを確認し、緊急事態のようなスムーズで明確なコミュニケーションを確保します。

自動周波数制御（AFC）システム

TVレシーバーや通信機器など、周波数を安定させる必要があるシステムで役立つFoster-Seeley Disfrinator。これにより、システムがリアルタイムで周波数の変化を修正するのに役立ち、信号が強力で安定していることを確認して、パフォーマンスを向上させます。

FM判別器の比較分析

Foster-Seeley Disfrinator vs. Ratio Detector

Foster-Seeleyの識別器と比率検出器の両方は、周波数変調（FM）信号を復調するように設計されていますが、それらは異なる構成とパフォーマンス特性で動作します。Foster-Seeley Disfrinatorは、ダブルチューニングRFトランスとダイオードのペアを使用しています。このセットアップは、周波数シフトを振幅の変化に変換し、元の信号を表す電圧に変換します。

比率検出器も同様に動作しますが、増強が含まれます。振幅の変動を拒否する能力を向上させる追加のコンデンサ。この機能により、比率検出器が里親の識別子よりも安定し、騒音に対して脆弱性が低くなります。ただし、アライメントとキャリブレーション中により精度が必要です。どちらも良好な直線性と感度を提供しますが、信号が振幅の変化にさらされると、比率検出器のパフォーマンスが向上します。

図8：比率検出器の回路図

Foster-Seeley Disfrinator vs. Quadrature Detector

FM信号を復調する際に、四方率検出器は、Foster-Seeleyの識別器とは異なるアプローチを採用しています。Foster-Seeleyの判別器は周波数偏差を振幅変化に変換しますが、直交検出器は、参照信号の位相を、着信FM信号と比較して90度シフトします。位相シフトと受信信号を混合することにより、出力は周波数偏差に直接相関します。

直交検出器は、信号振幅の変動の取り扱いに優れており、騒々しい状態で非常に効果的です。それに比べて、Foster-Seeleyの判別器はノイズの影響を受けやすく、効果的に機能するためにコンポーネントを慎重に調整する必要があります。このため、デジタル通信システムでは、直交検出器が好まれることがよくあります。

図9：四方率検出器は機能します

Foster-Seeley Disfrinator vs. Phase-Locked Loop（PLL）検出器

Foster-Seeleyの判別器をフェーズロックループ（PLL）検出器と比較すると、テクノロジーとパフォーマンスの違いが明らかになります。PLLは、着信FM信号の位相にロックされ、一貫した位相関係を維持するためにローカル発振器を継続的に調整します。このプロセスは、信号を高い精度で復活させます。PLL検出器は、周波数の安定性、ノイズ抵抗、およびより大きな周波数偏差を処理す​​る能力の観点から、Foster-Seeleyの識別器よりも優れています。

図10：位相ロックループ（PLL）検出器図

Foster-Seeley Disfrinator vs. Zero Crossing Detector

ゼロ交差探知器は、信号がゼロ電圧線を通過する時期を識別することにより、FM復調に対するはるかに簡単なアプローチを提供します。この方法は、Foster-Seeleyの判別器とは対照的であり、周波数の変化を振幅変動に変換するために、より複雑な設計に依存しています。

ゼロ交差探知器は実装が容易で費用対効果が高いですが、正確ではなく、ノイズの影響を受けやすい傾向があります。高い信号の忠実度が優先事項ではない低コストのアプリケーションでうまく機能します。一方、Foster-Seeleyの判別器は、より複雑ではありますが、より優れた信号品質を提供し、復調の精度を高める必要があるアプリケーションに最適です。

図11：ゼロ交差検出器図

Foster-Seeley Disfrinator vs. Slope Detector

勾配検出器は、FM復調のもう1つの簡単な代替品です。シングルチューニング回路を使用し、その周波数応答曲線は、キャリア周波数からわずかに中心外に配置されます。FM信号が通過すると、周波数偏差は、応答曲線の勾配に沿って落ちる場所に基づいて電圧変化を生成します。

構築するのは簡単で安価ですが、勾配検出器はそれほど正確ではなく、ノイズと信号のバリエーションが発生しやすくなります。対照的に、Foster-Seeley Dissominatorのバランスの取れた構成は、安定性と精度を高めるため、信頼性の高い高品質のFM復調が必要な場合に優れたオプションになります。

図12：勾配検出器図

Foster-Seeley差別者の利点と短所

利点	短所
シンプルなデザイン：主にトランスを使用します ダイオードリング、構築と保守が簡単になります。	振幅ノイズに敏感：そうではありません 信号強度の変化を除外し、ノイズがFMデコードに影響を与えます。
簡単に調整できます：専門的なスキルは必要ありません チューニング用、ユーザーフレンドリーにします。	より高いコスト：基本部品はそうです 手頃な価格のリミッターのような追加のサーキットは、コストを増やすことができます。
高出力電圧：高出力を生成します 周波数の変化中の電圧、余分な増幅の必要性が減少します。	必要な広い帯域幅：より大きな帯域が必要です 効果的に動作する帯域幅。これは、一部のアプリケーションで制限される可能性があります。
正確で信頼性：明確で提供します 高品質のオーディオ、信号の明確さを維持します。	サイズの制限：トランスと関連 部品はそれをかさばって、コンパクトなデバイスに挑戦します。
一貫した線形性：安定したものを提供します 広範囲の信号レベルにわたるパフォーマンスがあり、でさえ安定性を確保します 変動状態。

結論

Foster-Seeleyの判別器は、その詳細な設計と効果的な動作を備えたもので、FM信号を復調するための主要なツールです。ノイズに敏感であり、広い帯域幅を必要とするなど、いくつかの弱点がありますが、シンプルな設計、簡単な調整、高出力電圧の生成などの利点があります。これにより、多くの用途で人気のある選択肢になります。FMラジオでより明確なサウンドを提供し、テレコムおよびレーダーシステムの信頼性を向上させるのに役立ちます。新しいテクノロジーはより良い騒音抵抗と安定性を提供しますが、特に低コストと信頼性が必要な場合、里親の識別子は依然として電子機器で重要です。その継続的な使用は、周波数変調技術が進歩するにつれて、その長所と短所の両方を知ることの価値を示しています。

よくある質問[FAQ]

1.里親とは何ですか？

Foster-Seeley Disfrinatorは、周波数変調（FM）信号を復調するために使用される電子回路です。回路には、中心めいる二次巻線を備えたトランスと2つのダイオードが含まれます。これらは、入力信号とローカル生成された参照信号の間の位相の違いを検出できるように構成されています。この位相差は、入っているFM信号の周波数によって変化し、対応する振幅変動に変換され、周波​​数の変動を元のオーディオまたはデータ信号に効果的に復活させます。

2. FMレシーバーの識別器の機能は何ですか？

FMレシーバーでは、識別子の関数は、受信信号の周波数の変動を電圧の振幅変動に変換することです。これは、処理して元のオーディオまたはデータ形式に変換するのが簡単です。このプロセスは、FM信号の情報が振幅変動ではなく、キャリア周波数からの周波数偏差にエンコードされるため、重要です。判別器により、受信機はこれらの偏差を検出し、それらを使用可能な形式に変換できます。

3.比率検出器とFoster-Seeley差別回路の違いは何ですか？

比率検出器とFoster-Seeleyの識別子の両方は、FM信号の復調に使用されますが、設計とパフォーマンスが異なります。比率検出器は、変圧器とダイオードを使用した同様のセットアップを使用しますが、自動振幅調節と改善されたノイズ除去を提供する追加のコンデンサが含まれています。これにより、比率検出器がより安定しており、里親と比較してノイズが発生しやすくなります。一方、Foster Seeleyはよりシンプルで、その単純な実装により以前の無線技術でより人気がありましたが、振幅の変動とノイズにより敏感です。

4.受信機の識別器とは何ですか？

受信機内の識別器は、周波数変調信号の復調機能を実行する回路です。周波数シフトを検出し、元の信号を表す電圧変動に変換することにより、キャリアの波からオーディオまたはデータ情報を抽出するコンポーネントとして機能します。

5.周波数識別器の使用は何ですか？

周波数識別器は、受信信号の周波数の変化を電圧の対応する変化に変換することにより、周波数変調信号を復調するために使用されます。これは、受信者が受信信号の周波数変動から送信された情報を正確に再構築できるため、FMを使用してデータまたはオーディオ情報が距離を送信される通信システムで適しています。