2. Расчет и моделирование детектора модулированных сигналов.

   1. Выбор элементной базы и расчет элементов схемы.

Последовательный диодный детектор является наиболее простым.

Так как частота манипулированного сигнала на входе детектора составляет 1500 кГц, то необходимо, чтобы граничная рабочая частота диода находилась в диапазоне не менее несущей частоты. Из этого следует, что для наших целей подойдет маломощный, высокочастотный диод. Опираясь на анализ исходных данных, параметры выбираемого диода (напряжение прямого включения, напряжение пробоя) должны быть больше амплитуды входного сигнала.

Этим параметрам удовлетворяет КД522А. Он предназначен для работы на частотах до 250 МГц.

Электрические параметры:

Тип  прибора	Предельные значения параметров при Т=25°С		Значения параметров при Т=25°С						Тк.мах (Тп.) °С
	Uобр.макс. (Uобр.и.мак.) B	Iпр.макс. (Iпр.и.мак.) mA (A)	fраб. (fмакс.) МГц	Cд пФ	Uпр. B	при Iпр. mA	Iобр. mkA
КД522А	50(75)	100(1,5)	250	4	0,95	100	5,0	85

Диод КД522А относится к классу "Диоды универсальные и импульсные".

Диоды универсальные и импульсные отличаются от выпрямительных малым временем обратного восстановления, или большой величиной импульсного тока. Диоды этой группы могут быть использованы в выпрямителях на высокой частоте, например, в качестве детектора или модуляторах, преобразователях, формирователях импульсов, ограничителях и других импульсных устройствах.

Эксплуатационные характеристики свидетельствуют, что данный диод удовлетворяет требованиям задания ( F_раб=250 МГц ˃ F_нес=1.5 МГц, R_пр=U_пр/I_пр=1.1/0.1=11 Ом ˂ 50 Ом; Rоб= U_об/I_об=15/2*10^-6=75 МОм).

В детекторе можно выделить три функциональные цепи:

1. Входная цепь. Входная цепь содержит нелинейный элемент – диод, он осуществляет нелинейные преобразования со входным сигналом.

2. Фильтрующая цепь. Содержит два элемента: сопротивление фильтра R_ф и фильтрующую емкость С_ф. Представляет собой фильтр нижних частот, который осуществляет выделение манипулированного сигнала, т.е. фильтрацию высокочастотных составляющих сигнала.

3. Нагрузочная цепь. Состоит из разделительного конденсатора С_р, который не пропускает постоянную составляющую в нагрузку, и нагрузочного сопротивления R_н, с которого снимается выходной продетектированный сигнал.

Для расчета параметров схемы воспользуемся следующим приближением: сопротивление диода в прямом включении R_пр = 11 Ом (для диода 1N4148), а при обратном включении R_обр = 75 МОм.

Расчет элементов схемы выполняется на основании физики процессов схемы детектора и функций, выполняемых каждым элементом.

Конденсатор фильтра детектора С_ф предназначен для создания цепи протекания токов высокой частоты (несущего колебания и его гармоник), а сопротивление R_ф служит для протекания по нему токов низкой частоты, манипулирующего сигнала. Говорят, что конденсатор фильтра должен шунтировать высокочастотные составляющие сигна­ла и не пропускать токи низкой частоты, а резистор фильтра наоборот: создать цепь протекания токов полезного продетектированного сигна­ла низкой частоты и не пропускать токи высокой частоты.

Это означает, что для токов высокой частоты несущего колеба­ния омическое сопротивление конденсатора фильтра детектора долж­но быть очень маленьким, а для токов низкой частоты - наоборот очень большим. Сопротивление резистора фильтра должно обладать обратными свойствами.

На высокой частоте омическое сопротивление емкости фильтра С_ф детектора должно быть меньше сопротивления резистора R_ф : .

На низкой частоте омическое сопротивление емкости фильтра С_ф детектора должно быть больше сопротивления резистора R_ф : .

Время заряда фильтрующей емкости не должно превосходить по своему значению времени, равному четверти периода несущего колебания. В этом случае конденсатор успеет зарядиться и быстро сформировать передний фронт манипулирующего сигнала, поскольку этим напряжением, приложенным к диоду он закроется. Если постоянная заряда будет большой, то формирование переднего фронта детектируемого колебания затянется. Конденсатор фильтра долгое время оказывается под малым зарядным напряжением, диод детектора не запирается.

Зарядная цепь фильтрующего конденсатора включает в себя диод, включенный в прямом направлении и сопротивление источника сигнала. Если в качестве источника сигнала детектора используется колебательный контур, то этим сопротивлением можно пренебречь в силу его малости. Следовательно, время заряда конденсатора С_ф определяется двумя величинами: сопротивлением р-n перехода диода в прямом направлении и величиной самой фильтрующей емкости.

Поскольку известно соотношение: , где - постоянная времени заряда конденсатора, можно записать следующее: , где . Отсюда получаем: , , , С_ф< 3,03*10^-9 (Ф). Примем значение емкости равной 3 нФ.

Разрядная цепь конденсатора должна обеспечивать большее время разряда, чем заряда, то есть с одной стороны время разряда фильтрующей емкости не должно превосходить по своему значению времени, равному половине длительности импульса манипулирующего колебания, а с другой, постоянная времени разряда должна быть больше полупериода высокочастотного сигнала. Поэтому получаем: , , , R_ф<2201,3 Ом. Примем значение сопротивления R_ф с запасом меньше рассчитанного и равного 2 кОм.

Проверим правильность расчетов параметров фильтра детектора:

X_c(ω)<<R_ф, X_c(ω)=, R_ф=2000 Ом, (35.0353<<2000);

Xc(Ω)>>R_ф, X_c(Ω)=,, R_ф=2000 Ом, (3503,53>>2000). Таким образом, все условия выполняются. Можно приступать к моделированию.