книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

Д и о д н ы й д е т е к т о р р а д и о л о к а ц и о н н о г о п р и е м и и к а

В радиолокационном приемнике детектор предназначен для преобразования радиоимпульсов в видеоимпульсы. Наиболее рас-, пространеиная схема такого детектора изображена на рис. 2.147, а. Физические процессы, происходящие в детекторе, иллюстрируются

Заряд конденсатора про­ должается до тех пор, пока напряжение на аноде диода положительное, т. е. от t0

до t\. В момент t\ напряжение на заряжающемся конденсаторе ста­ новится равным напряжению на входе детектора и напряжение на аноде диода равно нулю. Анодный ток прекращается и начи­

жение на аноде диода опять становится положительным и конден­ сатор Си снова подзаряжается до момента /3. С этого момента напряжение на аноде диода отрицательное, анодного тока нет и происходит очередной разряд конденсатора через сопротивление

390

ций. С момента окончания радиоимпульса конденсатор Са полно­ стью разряжается через сопротивление нагрузки Ян-

Отношение амплитуды видеоимпульса, получающегося на вы­ ходе детектора, к амплитуде входного радиоимпульса представ­

видеоимпульсов, так как конденсатор большей емкости медленнее заряжается и разряжается. Возрастание длительности переднего фронта видеоимпульсов приводит к уменьшению точности радио­ локационной станции в определении дальности до цели. Уве­

передачи детектора и амплитуда видеоимпульса приближается к амплитуде входного радиоимпульса. Однако при этом увеличи­ вается время нарастания импульса тн и время спадания тС ) что ухудшает точность определения дальности цели и разрешающую способность радиолокационной станции.

Спадающая часть видеоимпульса представляет собой экспо­ ненту, так как конденсатор Сп разряжается через резистор R n при запертом диоде. Поэтому время спадения импульса находится просто. Оно равно -c — 2,2RaCu.

Гораздо сложнее определить время нарастания видеоимпуль­ са. Для этого необходимо учитывать влияние входного сопротив­

личивается, то при этом возрастает входное сопротивление детек­

этом уменьшается время хи и тс , что улучшает точность определе­ ния дальности цели и разрешающую способность радиолокацион­ ной станции.

Из вышеизложенного видно, что в радиолокационном прием­ нике сопротивление нагрузки детектора R a и емкость С н прихо-

391

дится выбирать исходя из ряда противоречивых требований. Обычно выбирают:

С н = ( 1 0 ч - 2 0 ) - С а . к ;

392

ной лампы. Анод триода заземляется и служит экраном. Филь­ тром является дроссель высокой частоты. Его индуктивность Ьф бывает порядка 10—50 мкгн.

Во всех схемах, изображенных на рис. 2.151, на выходе полу­ чаются видеоимпульсы отрицательной полярности. На рис. 2.151,6 и 2.151,6 в качестве емкости входного контура используются ем­ кость монтажа и междувитковая емкость катушки контура.

Поскольку в детекторе радиолокационного приемника сопро­ тивление нагрузки Ru выбирают небольшой величины (чаще всего 3—10 ком), то его входное сопротивление сравнительно мало. По­ этому контур L K C K в приведенных выше схемах заметно шунти­ руется и его добротность значительно ухудшается за счет влия­ ния детектора.

ния модулированного напряжения высокой частоты в напряжение звуковой частоты.

включением сопротивления нагрузки, в схему которого добавлена переходная цепь CuRn. Физические процессы, происходящие в де­ текторе, иллюстрируются рисунком 2.152,6. На верхнем графике изображено напряжение высокой частоты, амплитуда которого из­ меняется по закону звуковой частоты. Это входной сигнал, кото­ рый подлежит детектированию. На этом же графике ломаной ли-

393

имей показан процесс заряда и разряда конденсатора Си . Величи­ на напряжения ип зависит от амплитуды входного сигнала. Если амплитуда входного сигнала возрастает, то заряд конденсатора происходит более интенсивно и напряжение на нем растет. Если же амплитуда входного сигнала уменьшается, то и напряжение на конденсаторе уменьшается. Поэтому форма напряжения иа со­

емника связи получается пульсирующее напряжение звуковой ча­ стоты. При помощи переходной цепи CnRu происходит выделение переменной составляющей этого напряжения. Оно подается на

мени изменяется по закону звуковой частоты. Поэтому на нагруз­ ке /?н создается напряжение звуковой частоты. Что же касается

394

звуковой частоты к амплитуде огибающей входного модулирован­

ние диодного детектора в приемнике связи определяется по фор­ муле (2.250).

Большим достоинством диодного детектора является малая степень нелинейных искажений при условии, что амплитуда де­

тока диода и огибающей входного сигнала имеется линейная за­ висимость. Это означает, что форма напряжения на нагрузке де­ тектора соответствует форме огибающей детектируемого напря­ жения.

Нелинейные искажения в диодном детекторе отсутствуют, если минимальная амплитуда высокочастотного модулированного вход­ ного напряжения превышает 2—3 в.

Д и о д н ы й д е т е к т о р с п а р а л л е л ь н ы м в к л ю ч е н и е м с о п р о т и в л е н и я . н а г р у з к и

Схема диодного детектора с параллельным включением сопро­

не отличаются от процессов в детекторе с последовательным вклю­ чением, нагрузки. Отличие состоит только в том, что конденсатор Сн разряжается не только через сопротивление нагрузки, но и через контур.

Из схемы детектора видно, что напряжение на аноде диода одновременно является и выходным напряжением. Это означает, что на выходе детектора действует не только напряжение звуко­ вой частоты, но и напряжение высокой частоты (средний график рис. 2.153). Поэтому для использования данной схемы в качестве основного детектора приемника необходимо разделить высокоча­ стотные и низкочастотные составляющие, для чего необходимы в детекторном каскаде дополнительные элементы (например, дрос­ сель высокой частоты). Однако усложнять схему основного детек-

395'

тора приемника нежелательно. По этой причине детектор с па­

ным включением сопротивления нагрузки. Его определяют по фор­ муле

Полупроводниковый диод отличается от вакуумного диода на­ личием обратной проводимости. Поэтому входное сопротивление детектора на полупроводниковом диоде сравнительно мало. Дан­ ное обстоятельство вынуждает применять слабую связь полупро­ водникового детектора с контуром предыдущего каскада (УПЧ или УВЧ). Она бывает трансформаторной или автотрансформаторной. Значительно реже используется полное включение контура.

Простейшая схема диодного детектора на полупроводниковом диоде изображена на рис. 2.155. Она выполнена с последователь­

396

Для определения качественных показателей детектора необхо­ димо знать характеристику диода и величину входного напряже­

Рис. 2.155. Простейшая схема диодного детек­ тора на полупроводниковом диоде

чечные германиевые диоды. Кремниевые диоды применяются зна­ чительно реже ввиду большей величины прямого сопротивления.

Если амплитуда входного напряжения достаточно велика (еди­ ницы вольт), то детектор работает в режиме, который условно на-

зывают «линейным». Если амплитуда входного напряжения мала (милливольты), то детектор работает в режиме, который назы­ вают «квадратичным».

ются только крутизной ее прямолинейного участка и обратным сопротивлением диода. Поэтому при детектировании сильных (больших) сигналов характеристику диода можно изображать в идеализированном виде (рис. 2.157). Поскольку практически

397

^ п р 3> S o 6 p y то при детектировании больших сигналов коэффи­ циент передачи детектора получается примерно 0,5—0,8. При этом он не зависит от амплитуды детектируемого сигнала.

В этих условиях входное сопротивление детектора имеет вели­ чину

Рис. 2.158. Графики процесса детектирования амплитудномодулированных колебаний полупроводниковым диодом

Если следующий за детектором каскад выполнен на транзи­ сторе, то в большинстве случаев ./?„.п *С^обр. Тогда с достаточ­ ной точностью

Наиболее часто входное сопротивление детектора на полупро­ водниковом диоде получается порядка сотен ом.

Физические процессы, происходящие в детекторе при детек­ тировании амплитудно-модулированных колебаний, показаны на рис. 2.158. Из рисунка видно, что среднее значение тока диода

398

изменяется по закону модуляции детектируемого сигнала. Сле­ довательно, и выходное напряжение соответствует огибающей вы­ сокочастотного сигнала.

В переносных и карманных транзисторных приемниках напря­ жение на входе детектора обычно мало. Поэтому режим детек­ тирования оказывается квадратичным. В этом режиме детектор

Л'п завиоит от характеристики диода и амплитуды входного напря­ жения. Наиболее часто Л'п = 0,1—0,4. Величина входного сопротив­ ления квадратичного детектора может быть найдена приблизителыио по уравнению

„Л». п 'Кобр

Л„.„ + 2ЛовР *

Поскольку обратное сопротивление полупроводникового диода зависит от температуры, то и параметры детектора зависят от нее. Эта зависимость очень заметна в квадратичном детекторе и мало ощутима при детектировании сильных сигналов.

Достоинствами детектора на полупроводниковом диоде яв­ ляются полное отсутствие источников питания, длительный срок службы, малые габариты и хорошие показатели.

4. Искажения информационного сигнала в диодном детекторе

Выделяемый в детекторе информационный сигнал может ока­ заться искаженным. Если информационный сигнал сложный, то искажения могут быть нелинейные и частотные.

а) Нелинейные искажения. Основная причина нелинейных ис­ кажений заключается в инерционности детектора, из-за которой огибающая детектируемого напряжения может воспроизводиться неточно. Поясним сказанное примером. На рис. 2.152 видно, что напряжение на нагрузке детектора иа обусловлено процессом за­

детектируемого колебания. Но частота огибающей и глубина мо­ дуляции не постоянны. На практике они могут изменяться в ши­ роких пределах.

На рис. 2.159 показан процесс образования напряжения ин при достаточно высокой модулирующей частоте и значительной глу­ бине модуляции. Там видно, что напряжение ип во время разряда конденсатора С н изменяется медленнее, чем уменьшается ампли­ туда входного напряжения. Напряжение на нагрузке детектора не успевает следовать за изменениями амплитуды высокочастотного колебания. В этом случае напряжение на выходе детектора не соответствует огибающей входного напряжения. Информационный сигнал получается искаженным,

399