33. Детектирование амплитудно-модулированных колебаний. Режимы детектирования.
Детектирование электрических колебаний – одна из важнейших функций любого приемника. Необходимость детектирования вытекает из основного назначения приемника, заключающегося в извлечении полезной информации из сигнала, поступившего на его вход.
Детектированием АМ-сигнала называется процесс преобразования его в напряжение, воспроизводящее закон изменения амплитуды детектируемого сигнала. Этот закон соответствует исходному модулирующему напряжению, отображающему передаваемое сообщение. Модулирующее напряжение обычно является напряжением низкой частоты (НЧ) или представляет последовательность видеоимпульсов. Если, например, на вход детектора подается простое амплитудно-модулированное напряжение, определяемое выражением: uВХ=Um(1+m∙CosΩt)∙Cosω0t, (26)
где Um и ω0 – амплитуда и частота напряжения несущей частоты; m – коэффициент амплитудной модуляции; Ω - круговая частота модулирующего напряжения,
то на выходе его должно быть получено напряжение звуковой частоты
Поскольку в составе простого АМ сигнала имеются лишь высокочастотные составляющие несущей и двух боковых частот, т.е. uВХ=UmCosω0t+(mUm/2)Cos(ω0-Ω)t+(mUm/2)Cos(ω0+Ω)t,(28)
то, очевидно, что усилением входного напряжения или фильтрацией его составляющих нельзя добиться желаемого результата. Поэтому в детекторе входной сигнал должен преобразовываться так, чтобы в его частотном спектре появилась составляющая низкой частоты, что представлено на рисунке 30.
Рисунок 30
Амплитудное детектирование может осуществляться в нелинейных системах и в системах с периодически изменяющимися параметрами. К основным нелинейным детекторам относятся: детекторы на ламповых и полупроводниковых диодах; сеточные, анодные и катодные на триодах и пентодах и детекторах на транзисторах. Примером линейного детектора с переменными параметрами является так называемый синхронный детектор.
При исследовании амплитудных детекторов обычно исходят из двух типичных режимов их работы – режима детектирования слабых сигналов и режима детектирования сильных сигналов.
Режимы детектирования. Работа в режиме детектирования слабых сигналов соответствует криволинейному участку детекторной характеристики. Этот режим используется в простейших детекторных приемниках и в ряде других случаев, когда нецелесообразно или затруднительно довести амплитуду высокочастотного напряжения до значений, соответствующих режиму детектирования сильных сигналов, что соответствует линейному участку детекторной характеристики. Этот режим работы, называемый режимом линейного детектирования, является основным и широко используется в современных приемниках. Он обеспечивается при амплитудах высокочастотных напряжений U ≥ 1,5-3 В в детекторе на электровакуумном диоде и U ≥ 0,2-0,3 В в детекторе на транзисторе.
34. Детектирование амплитудно-модулированных колебаний. Основные качественные показатели детекторов, принцип действия амплитудного детектора на полупроводниковом диоде
Детектирование электрических колебаний – одна из важнейших функций любого приемника. Необходимость детектирования вытекает из основного назначения приемника, заключающегося в извлечении полезной информации из сигнала, поступившего на его вход.
Детектированием АМ-сигнала называется процесс преобразования его в напряжение, воспроизводящее закон изменения амплитуды детектируемого сигнала. Этот закон соответствует исходному модулирующему напряжению, отображающему передаваемое сообщение. Модулирующее напряжение обычно является напряжением низкой частоты (НЧ) или представляет последовательность видеоимпульсов.
Основными качественными показателями детекторов являются следующие. 1. Коэффициент передачи Kд – отношение амплитуды напряжения звуковой частоты на выходе детектора к амплитуде огибающей модулированного напряжения на его входе: Kд=UmW / (mUm). В схемах детектора с усилителем этот коэффициент называют коэффициентом усиления детектора. 2. Входное сопротивление детектора RВХ – сопротивление между точками подключения его к контуру предыдущего каскада. Оно равно отношению амплитуды синусоидального напряжения высокой частоты на входе детектора к амплитуде первой гармоники входного тока, т.е. RВХ=Um1/Im1.
Входное сопротивление детектора определяет степень шунтирующего действия детектора на контур, с которого снимается высокочастотное напряжение. Желательно, чтобы RВХ было возможно большим.
Для уяснения принципа действия детектора рассмотрим качественную картину явлений, происходящих в АМ-детекторе на полупроводниковом диоде
Особенностью полупроводникового диода, отличающей его от лампового диода, является наличие обратного тока. Это свойство отражено в его реальной вольтамперной характеристике (рисунок 32). Для режима сильных сигналов сложную форму этой характеристики с некоторыми допущениями можно представить в виде ломаной линии (рисунок 33), которая является идеализированной характеристикой полупроводникового диода.
При воздействии на вход амплитудно-модулированного высокочастотного напряжения через диод протекает переменный ток iд той же частоты, но кривая тока оказывается несимметричной относительно оси времени. Анализ такого тока показывает, что в нем имеется переменная составляющая звуковой частоты iW, воспроизводящая закон изменения амплитуды входного сигнала. Эта составляющая, протекая по нагрузке детектора RН (рис. 31), создает на ней переменное напряжение звуковой частоты, которое через конденсатор CP передается на УНЧ.
Емкость конденсатора СН выбирается такой, чтобы сопротивление резистора RН было значительно больше емкостного сопротивления конденсатора для высокочастотных гармонических составляющих тока iд, и значительно меньше для низкочастотных гармонических составляющих этого же тока: 1/(2πfCН) << RН << 1/(2πFCН).(29)
Это условие легко реализуется, и средний ток детектора iд = iСР = I0 + iW, протекает через резистор RН, создавая на нем падение напряжения: uR= iДRН=I0RН+iΩRН=U0+uΩ. (31)
Таким образом, на резисторе RН создается падение напряжения не только от iΩ, но и от постоянной составляющей I0 тока диода. Из-за наличия конденсатора СР на выходе детектора будет действовать только напряжение звуковой частоты. К диоду в этом случае будет приложено напряжение uω, которое является результатом сложения высокочастотного входного напряжения uВХ и пульсирующего отрицательного напряжения UR, что показано на рисунке.
Среди детекторов на полупроводниковых диодах широко используют детектор на обычном кристаллическом диоде. В последнее время применяют детекторы на транзисторах, а с появлением новых типов диодов – на туннельных и обращенных диодах. Использование детекторов на туннельных диодах наиболее целесообразно в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн, вплоть до миллиметровых волн.