6.3 Амплитудные детекторы (ад)

АД – четырехполюсник

1. Назначение. АД преобразует радиосигнал амплитудной модуляции в напряжение звуковой частоты, при сохранении закона модулирующего колебания.

2. Критерий функционирования АД: , при

Средства контроля: электронный осциллограф, головные телефоны

3. Решаемые задачи: качественное преобразование амплитудно-модулированного напряжения в напряжение звуковой частоты, усиление сигнала звуковой частоты, минимальная потребляемая мощность от возбудителя, фильтрация колебаний промежуточной частоты.

4 Показатели каскада. Критерии его работоспособности.

• Коэффициент усиления по напряжению

• Коэффициенты частотных искажений на верхней и нижней звуковых частотах

,

– средняя звуковая частота.

• Коэффициент гармоник

• Входное сопротивление каскада для несущей PC

• Коэффициент фильтрации несущей PC

Структурная схема (рис.21,а).

• Структурные элементы АД.

ПЭ - преобразовательный элемент (VD,VT) формирует токи комбинационных составляющих из несущей и боковых составляющих AMC:

ФНЧ - фильтр нижних частот обеспечивает преимущественную Передачу напряжения комбинационных составляющих разностной частоты первых гармонгк несущей и боковых АМС, лежащих в диапазоне звуковик частот:

ИП - источник питания обеспечивает мощность постоянного тока, если в качестве ПЭ применен транзистор.

- элемент связи АД в УПЧ служат для ослабления влияния входного сопротивления АД на показания УПЧ.

- элемент связи АД с УЗЧ позволяет ослабить влияния входного сопротивления У34 на показатели АД.

УПЧ - возбудитель.

УЗЧ - потребитель.

Варианты АД.

• Классификация АД:

• По типу ПЭ : диодные или транзисторные;.

• По способу соединения основных элементов АД (В - ПЭ - ФНЧ): последовательный или параллельный;

• По элементной базе: дискретный или на микросхеме.

• Наименование каскада. В состав информации входит назначение каскада (АД) и его классификационные элементы.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АД НА ДИОДЕ С ДИСКРЕТНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

(базовый вариант)

Схема каскада (рис.21 ,г).

Алгоритм исполнения схемы. В состав схемы входит две взаимосвязанных электрических цепи:

• ЭЦ I_д. - электрическая цепь тока диода: B(УПЧ)-ПЭ(VD)-ФНЧ ;

• ЭЦ I_н - электрическая цепь тока нагрузки: ФНЧ -m2(С_р)- УЗЧ .

Опознавание каскада на схеме:

• место подключения (назначение): УПЧ-АД-УЗЧ;

• структурные элементы: m1- , ПЭ-VD, ФНЧ- , m2-C_p, ;

• способ соединения основных элементов - последовательный: УПЧ- VD- ;

• элементная база дискретная.

Наименование каскада формируется из выше перечисленных компонентов.

Проверка технического состояния в лабораторных условиях осуществляется по технологии в соответствии с критериями П2 и 4 АД - четырехполюсник.

Анализ состояния функционирования каскада.

• Принцип детектирования АМС. Результаты обработки АМС элементами и цепями в каскаде приведены (рис. 21) в виде эпюр:

• при воздействии немодулированного колебания на (рис. 21 ,в);

• при входном модулированном сигнале на (рис.21, д).

Назначение и критерии функционирования цепей : -электрическая цепь тока диода ЭЦIд (УПЧ- ) обеспечивает преобразование немодулированного колебания в постоянное напряжение или АМС пульсирующее напряжение звуковой частоты ,критерий ее функционирования:

; или ;

• электрическая цепь тока нагрузки ЭЦIн выделяет переменную .составляющую из пульсирующего напряжения на звене фильтра , критерий ее функционирования .

Алгоритм поиска отказавшей цепи.

• Исходные условия. АД в состоянии отказа

• Виды отказа: обрыв (режим ХХ) или КЗ в одной из цепей.

• Последовательность операций:

• выясняют вид отказа: при подключении возбудителя при КЗ;

• в режиме К.З. последовательно размыкают электрические цепи, начиная с выхода до получения результата ;

• в режиме х. х. проверяют цепи со входа на выход:

ЭЦIд

ЭЦI_н

Анализ показателей каскада.

• Эквивалентная схема (рис. 21,6).

• Состав:

1. диод как идеальный вентиль с параллельно подключенными эквивалентными параметрами электронно-дырочного перехода ;

69. нагрузка (R_h), как эквивалентное сопротивление параллельно включенных ;

70. емкость фильтра (С_н) как эквивалентная для параллельно включенных

• Применение. Для анализа показателей каскада.

• Коэффициент усиления по напряжению:

. При

.Реально

• Входное сопротивление АД:

.

При умеренном шунтировании ПФ УПЧ вводным сопротивлением АД

Обычно

• Коэффициент гармоник каскада.

• Нелинейные искажения в АД вносит диод VD, так как имеет нелинейную ВАХ.

• При правильно - выбранном режиме работы VD можно звуковой частоты , критерий ее функционирования или ;

электрическая цепь тока нагрузки ЭЦIн( выделяет переменную составляющую из пульсирующего напряжения на звене фильтра ( ),критерий ее функционирования .

• Алгоритм поиска отказавшей цепи.

• Исходные условия. АД в состоянии отказа

• Виды отказа: обрыв (режим Х.Х.) или К.З. в одной из цепей.

• Последовательность операций:

1. выясняют вид отказа: при подключении возбудителя при к.з.;

2. в режиме к.з. последовательно размыкают электрические цепи, начиная с выхода до получения результата ;

3. в режиме х. х. проверяют цепи со входа на выход:

ЭЦIд( ) да

ЭЦIд( ) да

4. Анализ показателей каскада.

• Эквивалентная схема (рис. 21,б);

• Состав:

1. диод как идеальный вентиль с параллельно подключенными эквивалентными параметрами электронно-дырочного перехода ;

2. нагрузка ( ), как эквивалентное сопротивление параллельно включенных ;

3. емкость фильтра ( ) как эквивалентная для параллельно включенных

• Применение. Для анализа показателей каскада.

• Коэффициент усиления по напряжению

• Входное сопротивление АД

При умеренном шунтировании ПФ УПЧ входным сопротивлением АД

Обычно

• Коэффициент гармоник каскада

• Нелинейные искажения в АД вносит диод VD, так как имеет нелинейную ВАХ

• При правильно выбранном режиме работы VD можно обеспечить линейное детектирование, т е. добиться ) (рис.21,н)

• Режим работы VD зависит от :

1. параметров входного радиосигнала (рис.21,е,ж,з)

71. постоянной времени звена фильтра (рис. 21, к.л) ;

72. - входного сопротивления каскада УЗЧ (рис 21,м,н)

• Для обеспечения режима линейного детектирования предусматривается:

1. входной радиосигнал с достаточной амплитудой напряжения несущей , с учетом коэффициента модуляции

; т=100% - диод вносит нелинейные искажения ;

73. выбор емкости С_ф с учетом безинерционности работы звена фильтра ( ):

; обычно .

74. увеличение входного сопротивления УЗЧ из условия благодаря использованию в УЗЧ: полевого транзистора, ЭП, последовательной ООС в каскаде на биполярном транзисторе. Если первый каскад УЗЧ на биполярном транзисторе без ООС, то в состав АД подключают разделенный фильтр, при этом коэффициент усиления АД по напряжению уменьшается

• Коэффициенты частотных искажений каскада,

• На нижней звуковой частоте

обычно

• На верхней звуковой частоте

• Коэффициент фильтрации для колебаний промежуточной частоты.

При использовании разделенного фильтра

Фильтрация улучшается за счет П-образного ФНЧ 5.

Применение. В РПУ с повышенной надежностью, малыми габаритными размерами, если на зажимах возбудителя постоянное напряжение равно нулю, в качестве детектора АМС, в составе частотного и фазового детекторов, в цепях автоматических регулировок РПУ и в цепях контроля технического состояния и настройки, в измерительной технике (квадратичные вольтметры).

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ АД НА ДИОДЕ С ДИСКРЕТНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Структурная схема каскада (рис.22,б).

• Схема соединения основных элементов параллельная В (УПЧ) | | ПЭ | | ( УО ) | | Н ( ).

• Цепи каскада:

• -ЭЦ (УПЧ ) – электрическая цепь тока диода;

• -ЭЦ ( ) – электрическая цепь тока фильтра;

• -ЭЦ ( ) – электрическая цепь тока нагрузки.

Анализ состояния функционирования каскада.

• Принцип детектирования АМС .

Результаты обработки АМС элементами и цепями приведены на рис.22 в виде эпюр:

• при воздействии немодулированного колебания на (рис.22,а);

• при входном модулированном сигнале на (рис.22,в).

• Назначение и критерии функционирования цепей:

• ЭЦI_д преобразует исходное колебание в импульсное, критерий функционирования

• ЭЦ выделяет постоянную составляющую напряжения т импульсного при воздействии немодулированного колебания или пульсирующее напряжение звуковой частоты при входном модулированном сигнале, критериями ее функционирования являются соответственно результаты ;

• ЭЦI_н выделяет составляющую напряжения звуковой частоты, при воздействии АМС, из пульсирующего напряжения звуковой частоты, приложенного к ; критерием функционирования служит результат

• Алгоритм поиска отказавшей цепи имеет полную аналогию с последовательным АД на диоде.

Сопоставление свойств с базовым вариантом.

• Выполняет функцию при наличии на зажимах возбудителя переменного напряжения и пульсирующего(апериодический УПЧ).

• Имеет меньшее входное сопротивление, поэтому оказывает большее влияние на показатели УПЧ .

• Содержит в составе большее количество элементов.

Применение.

• В качестве АД АМС, если на зажимах возбудителя действует не только переменное, но и постоянное напряжение.

• В составе АРУ как выпрямитель напряжения АМС и в измерительной технике.

АМПЛИТУДНЫЙ ДЕТЕКТОР НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ В СОСТАВЕ МИКРОСХЕМЫ.

Принцип формирования схемы (рис. 22,г).

• Принцип исполнения схемы АД на дискретных элементах такой же как резисторного каскада УПЧ на транзисторе с ОЭ, однако к участку коллектор - корпус подключен конденсатор фильтра .

• Выбрана микросхема, выполняющая функции АД (рис.14.3)

• Выполнены необходимые подключения элементов в составе микросхемы на основе дискретной схемы АД по алгоритму формирования схемы УПЧ (рис. 11,ж).

Электрические процессы в цепях при детектировании АМС

• Исходный нелинейный режим работы задается транзистору малым прямым напряжением смешения на его базу с помощью делителя , т е. ТИР выбирается на нижнем изгибе проходной ВАХ VT. При .

• Динамика процесса: Под воздействием входного АМС с параметрами, при котором достигается режим линейного детектирования, в коллекторной цепи транзистора протекает импульсный ток промежуточной частоты, амплитуда которого изменятся во времени по закону модуляции. Ток содержит три составляющие:

• постоянную, которая замыкается через участок цепи источника питания;

• переменную звуковых частот, которая протекает через участок входного сопротивления каскада УЗЧ;

• переменные составляющие промежуточной частоты и ее гармоники, которые замыкаются через участок С_к.

При этом

Сопоставление свойств с базовым вариантом.

• Обеспечивает усиление сигнала звуковой частоты ,

• Каскад имеет худшие качественные показатели, так как вносит большие нелинейные искажения.

• Каскад оказывает большее влияние на показатели УПЧ, так как имеет меньшее значение входного сопротивления, которое зависит от амплитуды входного сигнала.

Применение. В малогабаритных простейших экономичных РПУ с низкими качественными показателями в качестве АД АМС и детектора АРУ.

ОПОЗНАВАНИЕ МИКРОСХЕМЫ АД.

Осуществляется по буквенному коду второго элемента обозначения микросхемы (рис. 13):

ДА - амплитудный детектор;

ХА (ЖА)- многофункциональная микросхема, в составе которой предусмотрен АД (рис. 14.3).

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА АД.

Исходные условия. Дано: принципиальная схема и основные показатели каскада, эквивалентное сопротивление ПФ УПЧ, параметры АМС, входное сопротивление первого каскада УЗЧ.

Результаты расчета. Определены режим работы ПЭ и значения параметров элементов, выбранных по ГОСТ.

Последовательноть логических операций.

• Выбирают тип ПЭ:

• диод по крутизне, допустимому обратному напряжению и предельной частоте выпрямления;

• транзистор по крутизне, предельной частоте усиления по току, с учетом полярности источника питания.

• Рассчитывают значения из условия допустимого шунтирования ПФ УПЧ. При необходимости уменьшают значение .

• Определяют значение коэффициента усиления по напряжению.

• Рассчитывают значения емкости конденсатора фильтра из трех условий: инерционности работы, допустимых частотных искажений на верхней звуковой частоте и фильтрации колебаний промежуточной частоты. Выбирают по ГОСТ меньшее из трех значений.

• Корректируют вариант первого каскада УЗЧ или применяют

• разделенный фильтр в составе АД из условия

• Находят значения емкости разделительного конденсатора из условия допустимых частотных искажений на нижней звуковой частоте.

• Вычисляют параметры элементов АД на транзисторе, определяющих режим его работы по постоянному и переменному току.

• Сводят информацию по рассчитанным элементам в таблицу спецификация.