تعریف آشکارساز فاز در ااکترونیک

تعریف آشکارساز فاز در ااکترونیک:
آشکارساز فاز (Phase Detector) یا PD را می توان در مدارات متعددی مورد استفاده قرار داد. در واقع، در هر مداری که به تشخیص اختلاف فاز بین دو سیگنال نیاز داشته باشیم، می توانیم از آشکارساز فاز استفاده کنیم.

یکی از مهم ترین حوزه های کاربرد آشکارساز فاز، در حلقه های قفل فاز (Phase Locked Loop) است. البته واضح است که این تنها کاربرد آشکارساز فاز نیست.

در این مطلب قصد داریم به بررسی مدار آشکارساز فاز و نیز اصول کاری آن بپردازیم. ابتدا به یک مفهوم اساسی به عنوان مقدمه این بحث، یعنی فاز می پردازیم.

فاز چیست؟
کلید اساسی در عملکرد یک حلقه قفل فاز، اختلاف فاز بین دو سیگنال و توانایی تشخیص این اختلاف است. سپس اطلاعات راجع به خطا در فاز یا اختلاف فاز بین دو سیگنال برای کنترل فرکانس حلقه مورد استفاده قرار می گیرد.

برای درک بهتر راجع به مفاهیم فاز و اختلاف فاز، می توانید دو شکل موج سینوسی را در نظر بگیرید. این شکل موج ها در مدارات مختلف مورد استفاده قرار می گیرند و با استفاده از اسیلوسکوپ قابل نمایش هستند.

اگر راه انداز برای هر دو سیگنال در یک لحظه آتش شود، این سیگنال ها در نقاط مختلفی از صفحه اسلوسکوپ نمایش داده می شوند.

نمایش خطی این سیگنال ها را می توان به فرم دایره ای نیز ترسیم کرد. شروع سیگنال را می توان به صورت یک نقطه خاص روی یک دایره نشان داد که با گذر زمان و پیشرفت سیگنال، آن نقطه روی دایره حرکت می کند.

بنابراین یک تناوب کامل، معادل با 360 درجه یا2π رادیان است. موقعیت های آنی روی دایره، نشان دهنده فاز سیگنال در آن لحظه نسبت به شروع تناوب هستند. در تصویر زیر نمایی از زاویه فاز نقاط روی سیگنال سینوسی نشان داده شده است.

مفهوم اختلاف فاز، تمام مفاهیم فوق را یگ گام به پیش می برد. در دو سیگنال سینوسی با فرکانس یکسان، امکان دارد که نقاط بیشینه و کمینه در موقعیت های یکسانی اتفاق نیفتند. در این حالت گفته می شود که بین دو سیگنال اختلاف فاز وجود دارد.

این اختلاف فاز بر حسب زاویه بین آن ها اندازه گرفته می شود. می توان گفت که اختلاف فاز بین دو سیگنال برابر با زاویه بین یک نقطه یکسان از دو سیگنال است.

در تصویر زیر، نقطه عبور از صفر در نظر گرفته شده است، اما می توان هر نقطه دلخواه دیگری را در نظر گرفت و به نتیجه یکسانی رسید. در تصویر زیر مفهوم اختلاف فاز بین دو سیگنال با فرکانس یکسان به خوبی نشان داده شده است.

اما زمانی که دو سیگنال دارای فرکانس های مختلفی باشند، آن گاه اختلاف فاز بین دو سیگنال، همواره تغییر خواهد کرد.

دلیل این پدیده این است که زمان تناوب مربوط به هر سیگنال متفاوت است و بنابراین سیگنال ها با سرعت های متفاوتی روی دایره حرکت خواهند کرد.

با توجه به این موارد، می توان نتیجه گرفت که تعریف دو سیگنال با فرکانس دقیقا یکسان این است که اختلاف فاز بین آن ها همواره ثابت باشد.

ممکن است بین دو سیگنال اختلاف فاز وجود داشته باشد، اما این تنها بدین معنا است که آن ها در یک لحظه با هم به یک نقطه از شکل موج نمی رسند.

اگر اختلاف فاز ثابت باشد، به این معنی است که یکی از سیگنال ها از دیگری جلو می افتد و سیگنال دیگر به همان اندازه از آن عقب می ماند، به عبارت دیگر، آن ها دارای فرکانس یکسان هستند.