21.2 Детектирование двухполосных сигналов
Рассмотрим схему последовательного диодного детектора (рис. 21.1а).
Если вольт-амперная характеристика диода имеет вид:
,
(21.1)
то при входном напряжении
получим:
(21.2)
КОУ, Л.21, стр.2
а)
б)
Рис.21.1. Схема последовательного диодного детектора: uвх(t) (а) и временные диаграммы его работы в линейном режиме (б): iз, iр токи заряда и разряда конденсатора, соответственно.
Емкость С
отфильтрует
составляющие с частотами
и
и в нагрузке выделится
.
(21.3)
Детектирование описывается характеристикой детектирования, под которой понимается зависимость полезной составляющей тока детектора от амплитуды высокочастотных колебаний U(t). В случае диодного детектора ток покоя диода inд = а0, а при подаче сигнала этот ток равен
.
Следовательно, приращение тока в результате воздействия высокочастотного напряжения будет:
(21.4)
Это и есть характеристика детектирования.
КОУ, Л.21, стр.3
По характеристике
детектирования можно оценить искажения
сигнала. Линейность характеристики
детектирования
говорит об отсутствии нелинейных
искажений и, наоборот, по нелинейной
характеристике можно рассчитать
нелинейные искажения.
Амплитудный детектор (АД) может работать в двух режимах:
- слабых сигналов,
- сильных сигналов.
В первом режиме, при работе со слабыми сигналами, характеристика диода может быть описана квадратичным полиномом. В этом случае характеристика детектирования
- нелинейная.
При АМ сигнале:
(21.5)
получим:
(21.6)
Отсюда нелинейные искажения, оцененные по второй гармонике, будут равны:
(21.7)
Значительные нелинейные искажения, сделали невозможным применение режима слабого сигнала для детектирования двухполосного АМ сигнала. Однако, это не препятствует детектированию импульсных сигналов.
Во втором режиме, при работе с сильными сигналами, характеристика диода может аппроксимироваться отрезками прямых. Обратимся к схеме рис. 21.1, а. Подадим на вход этой схемы
немодулированное высокочастотное напряжение (рис.21.1, б). При наличии емкости в нагрузочной цепи, диод работает с малым углом отсечки,
так как емкость нагрузки заряжается до напряжения, близкого к Uo. Выходное напряжение при этом будет равно постоянной составляющей:
.
КОУ, Л.21, стр.4
Коэффициент передачи детектора равен отношению постоянной составляющей выходного напряжения к амплитуде немодулированного высокочастотного колебания:
(21.8)
В связи с малостью угла отсечки θ, коэффициент передачи диодного детектора близок к единице: Кд=0,7…0,9.
В этом случае ток диода представляется импульсами, амплитуда которых пропорциональна амплитуде ВЧ колебания, т.е. будем иметь линейную характеристику детектирования. Детектор в таком режиме называется линейным. Но это касается только характеристики детектирования, сам детектор является нелинейным устройством.
Для работы детектора
без искажений, необходимо правильно
выбрать постоянную времени нагрузочной
цепи (
):
Тнч>>
>>Tвч,
(21.9)
где Тнч
и Твч
периоды низкочастотного (модулирующего)
и высокочастотного сигналов, соответственно.
При импульсной модуляции вместо Тнч
надо брать
.
Работа детектора двухполосного АМ сигнала при квадратичном и линейном детектировании поясняется на рис. 21.2
а) б)
Рис.21.2 Временные диаграммы для квадратичного (а) и линейного (б) детектирования двухполосного АМ сигнала
Рассмотрев рис. 21.2а, видим, что при квадратичном детектировании двухполосного АМ сигнала, верхние и нижние полуволны огибающей
КОУ, Л.21, стр.5
сигнала попадают на участки с разной крутизной. В связи этим оказывается,
что ток положительной полуволны модулирующего сигнала оказывается больше тока отрицательной полуволны.
При линейном детектировании двухполосного АМ сигнала, характеристика нелинейного элемента может быть представлена как кусочно-линейная (рис.21.2б). Такой характеристикой обладает диод при подаче на его вход «большого» сигнала.
Для специальных вакуумных диодов и германиевых полупроводниковых диодов, напряжением большого сигнала будет (0,1…0,3) В, для кремниевых детекторных диодов – порядка 0,7 В. Из рис.21 2б видно, что при линейном детектировании (идеальным нелинейным элементом) нелинейные искажения не возникают.