2. Амплитудные детекторы

Детекторы преобразуют принимаемые модулированные сигналы в напряжение, соответствующее передаваемому сообщению. В зависимости от вида модуляции различают амплитудные, частотные и фазовые детекторы.

Амплитудное детектирование возможно при помощи нелинейных цепей или синхронных детекторов. Детекторы с нелинейными элементами (НЭ, рис. 31, а) как более простые получили преимущественное применение. Пусть на входе действует амплитудно-модулированное напряжение при модуляции одним тоном (рис. 31, б.):

(58)

Спектр этого колебания представлен на рис. 31, а.

На нагрузке детектора выделится напряжение, которое содержит постоянную и переменную составляющие вида рис. 31, в. Полезным результатом детектирования является составляющая:

(59)

Спектр напряжения на выходе детектора показан на рис. 31, д. Синхронное детектирование осуществляется путем умножения сигнала на опорное напряжение .

Получаемое в результате напряжение содержит составляющую с частотой , которая подавляется фильтром нижних частот. Оставшаяся после фильтра составляющая содержит полезный результат детектирования вида (58).

Технические решения для синхронного детектирования подобны применяемым для преобразования частоты, причем роль гетеродинного напряжения выполняет опорное напряжение, а вместо фильтра промежуточной частоты на выходе включается фильтр нижних частот.

При детектировании возможны искажения сигнала, как нелинейные, так и линейные. Нелинейные искажения оценивают коэффициентом гармоник:

(60)

где — амплитуды выходного напряжения с угловыми частотами и т. д.

Линейные искажения — амплитудно- и фазочастотные — обусловлены наличием в детекторе инерционных элементов, главным образом емкостей. Амплитудно-частотные искажения определяются зависимостью коэффициента передачи детектора К от частоты модуляции входного сигнала. Фазочастотные искажения оцениваются по степени линейности зависимости фазового сдвига выходного напряжения по отношению к огибающей входного радиосигнала от частоты модуляции.

Коэффициентом передачи детектора, как уже указывалось, называют отношение амплитуды выходного напряжения к амплитуде огибающей входного модулированного напряжения:

(61)

Рис. 31

Входная проводимость детектора характеризует степень его влияния на источник детектируемого сигнала. Вследствие резонансных свойств источника это влияние определяется первой гармоникой входного тока. Входная проводимость находится как отношение амплитуды первой гармоники входного тока к амплитуде напряжения несущей частоты сигнала на входе детектора: . Она содержит активную и емкостную составляющие . Емкостная составляющая компенсируется настройкой резонансного контура; в этом случае можно считать входную проводимость активной.

В качестве нелинейного элемента детектора можно использовать диод или усилительный прибор (транзистор, интегральный модуль). Наибольшее применение нашли диодные детекторы. Они просты и позволяют получить почти неискаженное детектирование в большом диапазоне уровней сигнала. На рис. 32 приведены схемы последовательного (а) и параллельного (б) диодных детекторов.

Рис. 32

Принцип действия обоих одинаков. Достоинством параллельного детектора является отсутствие гальванической связи между источником сигнала и диодом.

Рассмотрим последовательный детектор, полагая диод в первом приближении идеальным, т. е. с линейной характеристикой и без обратного тока. Под действием входного напряжения через диод протекают импульсы тока, которые содержат постоянную составляющую и составляющие с угловыми частотами , и т. д. Постоянная составляющая создает напряжение на нагрузке , высокочастотные составляющие замыкаются через конденсатор , реактивное сопротивление которого для этих частот очень мало. При AM меняется амплитуда импульсов тока, а следовательно, их среднее значение и напряжение на . Чтобы ток с частотой модуляции протекал через сопротивление , а токи с частотами , и т. д. через конденсатор , необходимо выполнить неравенства:

(62)

где — верхняя частота модуляции.

В параллельном детекторе на резисторе помимо выпрямленного напряжения будет и переменное напряжение .

Рис. 33

Чтобы оно не проходило в последующие цепи, включают фильтр нижних частот либо снимают продетектированное напряжение с конденсатора .

В детекторах на усилительных приборах одновременно с детектированием происходит усиление. На рис. 33, а приведена схема детектора на полевом транзисторе с нагрузкой в цепи стока (стоковый детектор). Детектирование происходит благодаря нелинейности проходной характеристики (рис. 33, б.). Источником в цепи затвора создается исходное смещение, при котором транзистор почти заперт. При подаче на вход сигнала в стоковой цепи появляются импульсы тока. Выпрямленный ток, медленно меняющийся с частотой модуляции, создает напряжение на резисторе . Составляющие тока с угловыми частотами , и т. д. замыкаются через конденсатор . Такой детектор имеет большое входное сопротивление.

В случае биполярного транзистора в зависимости от включения нагрузки различают коллекторный, базовый и эмиттерный детекторы. На рис. 34 приведена схема коллекторного детектора, в нем детектирование происходит благодаря нелинейности проходной характеристики . Для детектирования используют также нелинейность входной характеристики при этом постоянную времени цепи выбирают из условия . Детекторные эффекты в базовой и коллекторной цепях транзистора по своему влиянию на коллекторный ток противоположны, что ведет к снижению коэффициента передачи, но при этом уменьшаются нелинейные искажения и увеличивается предельная амплитуда входного сигнала, при которой нет ограничения в коллекторной цепи.

Такой детектор называют коллекторно-базовым. Дальнейшая линеаризация детекторной характеристики ценой уменьшения коэффициента передачи возможна путем применения отрицательной обратной связи по огибающей. Для этого в эмиттерную цепь включают цепь (рис. 34), постоянная времени которой выбирается так, чтобы составляющие токов несущей частоты и ее гармоник замыкались через конденсатор , а токи частоты модуляции создавали падение напряжения на и, следовательно, отрицательную обратную связь.

Рис. 34

Рис. 35

В эмиттерном детекторе (рис. 35) постоянная времени выбирается из условия (62). Детектирование происходит вследствие нелинейности проходной характеристики . В детекторе имеет место почти 100%-ная отрицательная обратная связь по огибающей, что определяет отсутствие перегрузки сигналами с большой амплитудой и высокое входное сопротивление; но коэффициент передачи детектора меньше единицы.