4.15. Детектирование ам колебаний (демодуляция)

Детектирование – процесс выделения НЧ переданного сообщения из принятого ВЧ модулированного сигнала. Это операция обратная модуляции.

Рисунок 4.43. Сущность детектирования

Временная характеристика:

Спектр АМ колебания:

На рис. 4.44 представлены временные и спектральные характеристики токов детектора в различных точках схемы.

Рисунок 4.44. Временные и спектральные характеристики токов детектора:

а) на входе детектора;

б) протекающеих через нелинейный элемент;

в) на выходе детектора

Рисунок 4.44\5. Простейшая схема детектора

→ ФНЧ – для выделения полезной НЧ состовляющей и подавления ВЧ составляющих. Следовательно, должны выполняться соотношения:

Работа детектора определяется характеристикой детектирования.

Характеристика детектирования (ХД) – это зависимость постоянной состовляющей тока НЭ от модулируемого параметра входного сигнала.

Рисунок 4.46. Характеристика детектирования

Т.е. ХД:

- для АМ:

- для ЧМ:

- для ФМ:

Различаются 2 режима детектирования в зависимости от того, на какую часть (область) приходится огибающая:

1. квадратичное детектирование ( В);

2. линейное детектирование (при больших В).

4.16. Квадратичный детектор

Апроксимируем ВАХ диода квадратичным полиномом:

Т.к. операция детектирования нелинейная, то и можно не учитывать, тогда

Подаем на детектор модулированный сигнал:

а b c

Подставим (4.5) в (4.4) и получим :

Составляющих , , не будет, поскольку это высокие частоты, и мы их отфильтровываем ФНЧ.

В результате подстановки и преобразования получим НЧ составляющие:

В квадратичном детекторе кроме полезного продукта есть вредная состовляющая . Это приводит к искажению сигнала на выходе детектора по отношению к модулирующему. Колличественной мерой искажений является коэффициент нелинейных искажений:

При % % – это очень большие нелинейные искажения. В реальной аппаратуре они составлят доли процента.

Применение квадратичного детектора

Из-за высоких искажений квадратичный детектор для детектирования АМ сигналов не применяется; его применяют в следующих случаях:

1) при детектировании АМ с ;

2) для детектирования сигналов дискретной АМ;

Рисунок 4.47. а) сигнал на входе детектора;

б) сигнал на выходе детектора

3) для детектирования ОБП;

4) для детектирования биений (сигналов с близкими частотами).

Рисунок 4.48. Вид сигнала на выходе квадратичного детектора ( )

и – близкие, т.е. кГц.

Продукты преобразования при детектировании

1. 

Для получения обязательно необходима несущая на приеме. Таким образом, при балансной модуляции и ОБП несущее колебание на приеме должно быть восстановлено.

2)

Определяется взаимодействием боковых (вредные составляющие плохо подавляются ФНЧ, т.к. близки к ).

3) Суммарные частоты → ВЧ состовляющие.

– отфильтровываются (подавляются) ФНЧ.

Линейный детектор

Для больших сигналов с большой амплитудной ВАХ диода аппроксимируется отрезками прямых:

Рисунок 4.49. Линейная аппроксимация ВАХ

– тангенс угла наклона,

– крутизна вольтамперной характеристики [мА/В].

Два режима линейного детектирования:

1. детектор класса «В»: ;

2. детектор класса «С»: .

Детектор класса «В»

Рисунок 4.50. а) сигнал на входе детектора;

б) форма тока, протекающего через диод;

в) сигнал на выходе детектора

– Коэффициент Берга.

Недостатки:

Коэффициент передачи детектора:

для детектрора класса «В»:

т.е. – низкий коэффициент передачи.

Рисунок 4.51. Принципиальная схема детектора класса «В»

– сопротивление диода в прямом направлении.

Детектор класса «С»

Рисунок 4.52. Принципиальная схема детектора класса «С»

Емкость заряжается через диод во время импульсов и не успевает разрядиться между импульсами. Напряжение на емкости является смещением для диода (автоматическим). Детектор класса «С» может работать в режиме выпрямления и в режиме детектирования.

Рисунок 4.53. Работа детектора класса «С» в режиме выпрямления

Работа детектора класса «С» в режиме детектирования (схема детектора аналогична рис. 4.52) показана на рис. 4.54.

Рисунок 4.54. Работа детектора класса «С» в режиме детектирования

, .

Если , то ;

Если , то .

Требования к параметрам RC-фильтра; их влияние на искажения

Рисунок 4.55. Работа детектора при разных значениях емкости фильтра ( )

Величина выбирается из условия, что бы напряжение на ней отслеживало изменение огибающей.

Детектор на транзисторе

Рисунок 4.55. Принципиальная схема детектора класса «С» на транзисторе

Непосредственное детектирование в базовой цепи, усиление – в коллекторной цепи.

5. Угловая модуляция (частотная и фазовая)

Временное, спектральное и векторное представление сигнала угловой модуляции

ЧМ – изменение частоты несущей.

ФМ – изменение фазы несущей по закону низкочастотного сигнала.

– модулирующее колебание.

5.1. Фазовая модуляция

– девиация фазы – максимальное отклонение фазы в процессе модуляции от среднего значения.

Аналитическое представление:

где – индекс фазовой модуляции, .

Векторное представление:

Рисунок 5.1. Векторная диаграмма УМ-сигнала

5.2. Частотная модуляция

Частоту в таком виде изменить нельзя, поэтому вводится понятие мгновенной фазы .

∆ω – девиация частоты, т.е. максимальное отклонение частоты от среднего значения.

где – индекс частотной модуляции.

Если и , то

5.3. Сравнение ЧМ и ФМ

1. При модуляции чистым тоном или одной частотой временные функции одинаковы и по существу не отличаются одна от другой.

2. Отличия:

Т.к. , а , то .

Т.к. , а , то .

Видно, что индекс не зависит от частоты модулирующего сигнала , а обратнопропорционален частоте модулирующего сигнала .

3. Поскольку – скорость изменения фазы и – пройденный путь, то один вид модуляции можно получить из другого.

4. Т.к. , то спектральные диаграммы ЧМ от ФМ будут отличаться изменением эффективной ширины спектра сигналов в зависимости от модулирующей частоты.

Таблица 2 – Спектры ЧМ и ФМ при различных модулирующих частотах.

Для ЧМ при увеличении частоты расстояние между спектральными составляющими увеличивается, но эффективная ширина спектра не меняется, для ФМ – расстояние между спектральными составляющими увеличивается и одновременно увеличивается эффективная ширина спектра (спектральные линии «расползаются»).