8.4 Диодные детекторы

В качестве нелинейного элемента в этом типе детекторов используются диоды. Различают два типа диодных детекторов:

– АД последовательного типа;

– АД параллельного типа.

Название детекторов определяется включением диода относительно нагрузки. Принципиальные схемы диодных детекторов приведены на рис. 8.3.

На вход амплитудного детектора подается высокочастотный сигнал, промодулированный по амплитуде. На диоде VD происходит нелинейное преобразование сигнала и на нагрузке детектора выделяется продетектированный сигнал U_вых. В ряде случаев для повышения линейности на начальном участке применяются дополнительные источники постоянного смещения Е₀.

а)

б)

Рис. 8.3. Принципиальные схемы амплитудных детекторов:

а) последовательного типа, б) параллельного типа

Эпюры напряжений, показывающие процесс формирования выходного сигнала, приведены на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Эпюры напряжений выходного сигнала

В первоначальный момент времени напряжение на конденсаторе нагрузке равно 0, поэтому заряд конденсатора начинается с момента времени t₀. К моменту времени t₁ напряжение на конденсаторе нагрузочной цепи достигает значения U₁. После момента времени t₁ начинается разряд конденсатора через сопротивление нагрузки детектора. Затем в момент времени t₂ начинается новый цикл заряда конденсатора нагрузки, так как высокочастотное напряжение превышает напряжение на конденсаторе нагрузки. Затем процесс заряда и разряда конденсатора нагрузки циклически повторяется.

При анализе АД обычно считают, что диод – безынерционный, а постоянная времени цепи нагрузки много больше периода высокочастотных колебаний. Аналитические методы расчета наиболее полно разработаны для слабых и сильных сигналов. При этом понятие слабого и сильного сигнала относительно и зависит от свойств применяемого нелинейного элемента.

Для случая детектирования слабых сигналов получено выражение для уравнения детекторной характеристики в следующем виде:

.

(8.5)

Из последнего выражения следует, что детекторная характеристика диодного детектора при слабых сигналах имеет вид квадратичной параболы. Поэтому диодные детекторы слабых сигналов часто называют квадратичными.

Квадратичность детекторной характеристики приводит к значительным нелинейным искажениям АМ–сигнала. Для этого случая коэффициент нелинейных искажений может быть определен по следующей формуле:

,

(8.6)

где m – коэффициент модуляции принимаемого сигнала.

Поскольку допустимый коэффициент искажений в радиовещании не превышает нескольких процентов (менее 5%), то это налагает ограничения на допустимую глубину АМ–колебания в передатчике (m < 20%). При этом очень непроизводительно расходуется мощность передатчика, вкладываемая в несущее колебание. В этом состоит главная причина, по которой детектирование слабых сигналов не применяется в современных связных и радиовещательных приемниках.

Дополнительными недостатками квадратичного амплитудного детектора являются низкий коэффициент передачи (), обычно не более сотых долей, и расширение динамического диапазона выходных сигналов, затрудняющих работу последующих каскадов. Поскольку емкость нагрузки детектора обладает очень малым сопротивлением для тока высокой частоты, то входное сопротивление детектора с нагрузкой такое же, как для короткозамкнутого детектора и определяется по формуле:

.

(8.7)

Таким образом, входное сопротивление диода в рабочей точке определяется параметрами нелинейного элемента и не зависит от величины сопротивления нагрузки.

Основными областями применения квадратичных детекторов являются измерительная техника, регистрация излучений.