Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет – УПИ"

СИГНАЛЬНЫЙ ТРАКТ РАДИОПРИЁМНИКА

Часть вторая

Методическое указания к лабораторной работе №3

“ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО ДЕТЕКТОРА”

Екатеринбург

2006

Оглавление

1. Назначение и обобщенная функциональная схема амплитудного детектора …3

2. Основные показатели амплитудных детекторов……………………………………3

3. Коэффициент передачи последовательного АД на диоде в режиме сильного сигнала…………………………………………………………………………………………...4

4. Входное сопротивление последовательного АД на диоде в режиме сильного сигнала…………………………………………………………………………………………...6

5. Нелинейные искажения при детектировании AM сигнала…………………………7

6. Искажения сигнала, образованные инерционностью нагрузки детектора……...7

7. Искажения сигнала, вызванные переходной цепочкой……………………………9

Амплитудные детекторы

1. Назначение и обобщенная функциональная схема амплитудного детектора

Амплитудным детектором называется устройство, напряжение на выходе которого пропорционально огибающей входного радиосигнала.

В детекторе осуществляется выделение информационного сигнала, в соответствии с которым изменяется амплитуда входного сигнала.

Спектр выходного колебания детектора лежит в области низких частот (частот модуляции), а спектр входного - в области высоких частот (несущей частоты сигнала). Такая трансформация спектра возможна только в устройствах, имеющих нелинейные или параметрические элементы. Роль таких элементов выполняют обычно полупроводниковые диоды, транзисторы. Выделение области частот модуляции и устранение высокочастотных составляющих спектра осуществляется фильтрами нижних частот. В соответствии со сказанным обобщенная функциональная схема АД состоит из последовательного соединения нелинейного элемента и фильтра нижних частот.

2. Основные показатели амплитудных детекторов

К основным качественным показателям амплитудных детекторов относят следующие характеристики и параметры:

- детекторную характеристику ∆и/(Uo) - статическую зависимость приращения постоянного напряжения на выходе детектора ∆и от амплитуды входного гармонического сигнала U₀;

- коэффициент передачи детектора (Кд). При детектировании немодулированного сигнала под коэффициентом передачи понимают отношение

(1)

где ∆и - приращение постоянного напряжения на выходе АД под воздействием сигнала на входе детектора;

Uo - амплитуда входного гармонического сигнала.

При подаче на вход детектора однотонального AM колебания

(2)

под коэффициентом передачи детектора понимают отношение

(3)

где - комплексная амплитуда напряжения на выходе АД;

- комплексная амплитуда составляющей огибающей входного сигнала. Огибающая входного сигнала U_ОГ(t) в рассматриваемом случае есть сумма постоянной составляющей и гармонического колебания:

(4)

- входное сопротивление детектора ( ). При подаче на вход детектора гармонического напряжения U₀cosω₀t силу нелинейности вольтамперной характеристики нелинейного элемента АД ток, протекающий через этот элемент, содержит постоянную составляющую и составляющие с частотами, кратными частоте входного сигнала ω₀. Входное сопротивление АД определяется как отношение

(5)

где - комплексная амплитуда напряжения на входе АД;

- комплексная амплитуда составляющей входного тока

нелинейного элемента АД на частоте ω₀;

- искажения сигнала при детектировании. Процесс детектирования сопровождается неизбежными частотными, фазовыми и нелинейными искажениями. Наиболее полное представление о частотных и фазовых искажениях дают амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики детектора (АЧХ и ФЧХ соответственно). Под АЧХ понимается зависимость |K_Д(Ω)|, а под ФЧХ - зависимость argKд(Ω), где Ω - частота модуляции. Обычно |Kд(Ω)| нормируют к своему максимальному значению.

Нелинейные искажения характеризуются уровнем гармонических составляющих напряжения на выходе АД на частотах 2Ω, 3Ω,… при подаче на вход детектора однотонального AM колебания с частотой Ω. Численной мерой нелинейных искажений является коэффициент нелинейных искажений v(Ω), определяемый как

(6)

где U_Ω, U_2Ω, U_3Ω - амплитуды гармонических составляющих выходного напряжения АД на частотах Ω, 2Ω, 3Ω и т.д.

Качественные показатели АД зависят от амплитуды входного сигнала. Методы оценки этих параметров различны для "слабых" и "сильных" сигналов. При этом понятие "слабого" и "сильного" сигнала относительно и зависит от свойств применяемого нелинейного элемента и уровня входного сигнала.