22.2. Амплитудные детекторы на транзисторах и имс.

Детекторы могут быть выполнены на усилительных электронных приборах: радиолампах и транзисторах, ИМС. Транзистор имеет нелинейную входную ВАХ, подобную характеристике диода. Используя эту нелинейность, возможно выполнить амплитудный детектор на транзисторе. Наибольшее распространение получила схема коллекторного детектора

(рис. 22.2а)

а) б)

Рис. 22.2. Схема (а) и временные диаграммы работы (б) коллекторного детектора: Еп, Ео – напряжение питания и постоянная составляющая выходного напряжения, соответстве

КОУ, Л.22, стр.3

Свое название данный детектор получил потому, что его нагрузка

( R,C ) установлена в цепи коллектора транзистора. В исходном состоянии транзистор закрыт, то есть работает в режиме отсечки тока коллектора. Положительные полуволны ВЧ сигнала открывают транзистор, протекает соответствующий ток коллектора. Напряжение на коллекторе уменьшается, Напряжение на конденсаторе оказывается пропорциональным огибающей ВЧ сигнала, в нагрузке появляется напряжение пропорциональное низкочастотному модулирующему сигналу (рис.22.2б).

Транзисторные детекторы не получили широкого распространения, так как они дают большие нелинейные искажения по сравнению с диодными и сложнее их.

Детекторы строят также на ИМС. На рис.22.3 приведена схема двухтактного детектора на операционных усилителях.

Рис. 22.3. Двухтактный детектор на операционных усилителях (ОУ)

Схема детектора, изображенного на рис.22.3 работает следующим образом. Детектирующие диоды VD1 и VD2 включены в цепь отрицательной обратной связи (ООС) ОУ А1. Отрицательные полуволны высокочастотного сигнала попадают через диод VD1 на инвертирующий вход ОУ А2, а положительные через диод VD2 на неинвертирующий вход того же ОУ. Операционные усилители охвачены стопроцентной ООС через резисторы R2, R1 для ОУ А1, и через резистор R3 для ОУ А2. Дополнительного усиления при этом ОУ не дают, однако, благодаря ООС, охватывающей ОУ А1 входное напряжение, необходимое для линейного детектирования снижается до единиц милливольт. Изменив отношение сопротивлений резисторов R2 и R1, возможно сделать коэффициент детектирования значительно больше единицы. Схема, приведенная на рис.22.3 является практически «идеальным» линейным амплитудным детектором. Частота, подаваемого на вход высокочастотного сигнала ограничена частотными свойствами операционных усилителей. Цепочка R6, C1 интегрирует ВЧ

сигнал, на выходе при этом появляется НЧ напряжение, пропорциональное огибающей ВЧ сигнала.

КОУ, Л.22, стр.4

22.3. Основные характеристики и параметры детекторов.

Характеристика детектирования – зависимость постоянного напряжения на выходе детектора от амплитуды переменного ВЧ немодулированного напряжения на его входе.

Амплитудно-частотная характеристика детектора (АЧХ) – это зависимость коэффициента передачи амплитудного детектора от частоты.

К параметрам амплитудных детекторов относятся: коэффициент передачи, входное сопротивление, искажения и коэффициент фильтрации ВЧ напряжения.

Искажения делятся на частотные (линейные) и нелинейные.

Частотные искажения определяются коэффициентами частотных искажений на низких и высоких частотах. Коэффициенты частотных искажений определяют по формулам:

Мнч = Кср / Кн

Мвч = Кср / Кв (22.2)

Где: Кср – коэффициент передачи детектора на частоте Fср = 1 кГц,

Кн, Кв - коэффициенты передачи детектора на частотах Fн и

Fв, соответственно

В относительных единицах (децибелах):

МдБ = 20lg M (22.3)

Нелинейные искажения оценивают коэффициентом гармоник:

(22.4)

где: U , U , …. U – напряжения соответствующих гармоник НЧ сигнала на выходе амплитудного детектора.

Коэффициент фильтрации ВЧ напряжения показывает, во сколько раз входной ВЧ сигнал больше выходного:

Кф = Uвх.вч / Uвых.вч (22.5)

На выходе детектора в идеальном случае нет ВЧ сигнала. Реально Кф 10.

Итоги занятия:

1. Наибольшее распространение получили схемы диодных амплитудных детекторов.

2. Амплитудные детекторы на транзисторах дают усиление, но имеют большие нелинейные искажения.

3. Детекторы на ИМС имеют «идеальную» характеристику детектирования. Их применение ограничивается частотными

свойствами ИМС и наличием паразитных обратных связей.

КОУ, Л.23, стр.1

КОУ, Л.23. ФАЗОВЫЕ И ЧАСТОТНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

Вопросы лекции:

1. . Взаимосвязь фазового и частотного детектирования.

23.2. Принцип построения фазовых и частотных детекторов.

23.3 Балансный и кольцевой фазовые детекторы.

2. . Взаимосвязь фазового и частотного детектирования.

Фазовая и частотная модуляции (ФМ и ЧМ) взаимосвязаны и представляют собою один вид модуляции, называемой угловой. Действительно, обратимся к известному выражению для синусоидального напряжения:

u(t) = U_m sin(ω₀t + φ₀). (23.1)

Очевидно, что при изменении частоты ω₀ или фазы φ₀ изменяется аргумент функции, то есть угол θ(t) = (ω₀t + φ₀).

Из (23.11) следует, что фазовой модуляции сопутствует частотная, и наоборот, частотной модуляции сопутствует фазовая. Фаза и частота оказываются связанными между собою соотношениями:

. (23.2)

Отсюда следует, возможность построения частотного детектора (ЧД), применяя фазовый детектор (ФД), и наоборот (рис. 1):

Ф Д

u_вых

u_вх

R

C

а) б)

Рис 23.1  Схемы построения детекторов:

а) фазового с применением ЧД и интегрирующей цепи RC;

б) частотного с применением ФД и дифференцирующей цепи RC

Различие между фазовым и частотным детектированием состоит в том, что в первом случае амплитуда сигнала на выходе детектора пропорциональна изменению фазы входного высокочастотного сигнала, а во втором случае она пропорциональна изменению частоты.

Максимальное отклонение фазы входного сигнала от ее первоначального значения называют девиацией фазы или индексом модуляции, а максимальное отклонение частоты от ее первоначального значения – девиацией частоты. Deviation  означает отклонение (англ.).

КОУ, Л.23, стр.2

Поэтому слово «девиация» применяется в ряде случаев и просто как отклонение (а не только как «максимальное отклонение»).

Основной характеристикой частотного или фазового детекторов является характеристика детектирования, под которой понимают зависимость выходного напряжения детектора от девиации частоты (для частотного детектора) или от девиации фазы (для фазового детектора). Линейная часть характеристики детектирования должна быть больше девиации фазы для ФД, или больше девиации частоты для ЧД, соответственно.