Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)
.pdfВторое слагаемое в (6.15} можно рассматривать как малое приращение амплитуды входного напряжения ЛИ» при условии,
что 1 достаточно мало. Подставив А/ш=тИтозш ОЁ в (6.14), по- лучим, что Д/.--= [оз 9
где Тр о = дати (Ка Кн). . (6.16)
Уравнение (6.16) представляет собой закон Ома для полной
цепи. На основании полученного соотношения расчет амплитуды переменной составляющей тока частоты модуляции в нагрузке де-
тектора можно выполнить, используя |
линейную |
эквивалентную |
||||
схему детектора (рис. 6.5). Здесь |
А. |
. |
|
|
||
детектор относительно |
выходных |
— |
|
| |
||
зажимов 2—2 представлен в виде |
Тя 54 92$ |
й |
| |
|||
генератора эдс с частотой ©, рав- (1 мат Ито ат 88 |
|
вн |
Сы |
|||
ной частоте |
модуляции |
входного |
|
|
|
| |
сигнала, обладающего внутрен- |
|
2 |
5 |
_1 |
||
ним сопротивлением Ка. |
|
|
|
|
||
Следует |
обратить |
внимание |
Рис. |
6.5 |
|
|
на то, что в силу сделанного пред-
положения о малости приращения амплитуды входного сигнала АЦ» соотношение (6.16) справедливо для расчета результата при
малом коэффициенте модуляции входного сигнала.
При коэффициенте модуляпии т, близком к единице, парамет-
ры детектора изменяются и эквивалентная схема неприменима для расчета результатов детектирования.
В случае нагрузки детектора параллельным соединением ЮнСн комплексная амплитуда выходного тока детектора Гив =ипатОт/
/(Вча-Е бы), где 2,=Ю»,/ (1-19 СнЮн).
Комплексная амплитуда выходного напряжения детектора
Ото — — т | Ри,
и, следовательно, коэффициент усиления детектора
Ка = ие — — № бы/(Каа + 2) = — 4/1 + Вы/Кы 19 К, Сь),
Модуль коэффициента усиления детектора
Ка= ва/У1 - Вы ВЫ 9 Ка С, аргумент, или фазовый угол коэффициента усиления,
ф= агс& © Юз Сы(1 + ВВы).
Параметры детектора, определяющие комплексный коэффициент усиления детектора и уровень линейных искажений, мотут быть определены экспериментально либо аналитически.
`Экспериментальное определение параметров детектора
Для расчета параметров детектора необходимо снять зависимость, опреде- ляемую уравнением (62). Графически эту зависимость удобно представить в виде 1[..=Р(0-) при Ош==сопз, так как в указанной системе координат урав-
6—81 |
^ |
161 |
“ |
|
выпрямления |
с прямой |
нагрузочного сопротивления |
(рис. 66,6). |
||||
нение |
р й |
Пт |
|
1 |
2 |
|
Пг |
|
2 |
й |
Пелинеиные |
|
|
||
|
|
т |
|
приборы |
|
|
|
нагрузочной характеристики |
представляет собой прямую линию: |
||||||
|
|
|
|
1.= |
—0 _/Вн. |
|
(6.17) |
>В |
этой системе координат постоянная составляющая тока, соответствующая |
||||||
выбранному режиму, определяется |
точкой пересечения |
семейства характеристик |
|||||
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
и
я, 2
6)6.
0и:
Рис. 6.6
Схема для снятия семейства характеристик выпрямления изображена на рис. 66,а. Параметры детектора определяются так же, как дифференциальные параметры усилительного прибора.
Отношение приращения постоянной составляющей тока на выходе к приращению амплитуды входного напряжения при постоянном напряженни на выходе равно крутизне детектора
5а=А!_/АИт при Оу == соп8,
Внутренний коэффициент усиления детектора будет равен отношению приращения постоянного напряжения на выходе к приращению амплитуды входного напряжения ЛИ», которые вызывают одинаковые, но противоположные по
знаку приращения выходного тока: А/=.—=,АГ т. е.
а = —АО_/А Чт при [_ = соп&.
Внутренняя выходная проводнмость детектора определится формулой ва=1/Ка= А! _/АЦ_ = АВ/АС при Ит = сопз{.
Следует заметить, что выбор частоты переменного напряжения не влияет на результат измерения параметров детектора до тех пор, пока нелинейный прибор ‚можие счнтать безынерционным. Если на частоте входного сигнала начинает проявляться инерционность прибора, то измерения параметров детектора следует вести на рабочей частоте
Семейство характеристик выпрямления (рис. 66,6) позволяет оценить результаты детектировання прн любом коэффициенте модуляции. Для этого не-
162
обходимо учесть, что прн данной амплитуде входного снгнала И» выходной ток детектора [= определяется двумя ограничениями. С одной стороны, урав- неннем характеристик выпрямления (62) и с другой— вольт-амперной харак-
теристикой нагрузки (617) |
Совместное |
решение |
этих уравнений |
представляют |
собой точки пересечения прямой ОД и |
характеристики выпрямления для дан- |
|||
ного мгновенного значения |
амплитуды |
входного |
напряжения (рис |
66,6). |
Аналитическое определение параметров детектора. Диодный детектор
’ Аналитическое определение параметров детектора основано на
аппроксимации вольт-амперной характеристики нелинейного прибора {=[(ивх) в общем случае в широких пределах изменения
входного напряжения. При малом уровне сигнала прямая проходная проводимость прибора при действии положительных полуволн входного напряжения мало отличается от проводимости прибора при действии отрицательных полуволн напряжения. Этот режим работы получил название режима детектирования слабых
сигналов. В режиме детектирования слабых сигналов проводи“
мость за период изменяется не более чем в 1,5—2 раза. |
' |
При большом уровне входного напряжения прямая проходная проводимость прибора сильно изменяется— так, что практически существует отсечка тока. В этом случае детектор работает в режиме сильных сигналов.
Рассмотрим методику аналитического определения параметров
диодного детектора, широко используемого в современных радиоприемниках.
Принципиальная схема диодного детектора изображена на рис. 6.7. Входное напряжение ивх, возникающее на контуре ЁкСь,
от предыдущего тракта подводится к диоду Д через |
конденсатор |
|||||||||
С„, который шунтирует рези- |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||
стор нагрузки |
детектора |
Ки |
ив |
|
|
|
1 |
|
|
|
для токов высокой частоты. |
© Т |
|
РЕ |
|
|
7 о |
||||
Емкость конденсатора Сн вы- |
тс, |
За, |
и |
с, |
я, |
|
|
_ |
||
бирается так, чтобы удовлетво- |
] |
|
|
| |
|
_ |
|
|||
рялось неравенство (1/%Сн<) |
о—4 |
|
|
|
|
+ |
|
о |
||
< Ки. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из-за нелинейности харак- |
|
|
Рис. 6.7 |
|
|
|
|
|||
теристики диода |
средний |
ток |
|
|
|
|
|
|
|
|
диода при наличии переменного напряжения больше, чем без него. Если амплитуда входного напряжения изменяется, то изменяется
и средний ток диода за период высокой частоты.
Параметры детектора в режиме слабых сигналов
Параметры детектора получим, используя вольт-амперную характеристику диода (рис. 6.8). Если иьх=0, то в выходной цепи
диода существует ток ГА, определяемый точкой пересечения статической характеристики диода {=|(ивх) с вольт-амперной харак-
теристикой нагрузки {=-—и/Юн.
6* |
у |
163 |
Для определения тока [- представим уравнение статической характеристики диода в виде степенного ряда:
#=[(и) -- (Од |
+ Аи) = КОл)-ЕР (Ид) Аи |
Р (Чл) и! |
|
|
(Ид) Аи! + |
..., |
(6.18) |
где КИА=ГА —)ток диода в рабочей |
точке (точка А рис. 6.8); |
||
| (А) =$ — крутизна характеристики |
диода в точке А; (Ид) = |
||
=5”д — производная крутизны в точке |
А; Р”(ИА) =5$”д — вторая |
||
производная крутизны в точке А. |
|
|
|
1 |
(0)1 |
|
|
МЕ =”
ГЕ
Рис. 6.8
Примем в качестве приращения напряжения Аи=0-=- Иж. Полагая это приращение малым, ограничимся четырьмя членами ряда, выделим постоянную составляющую тока [- и амплитуду первой гармоники тока через диод Ри:
аа $ |
021, |
(6.19) |
= бт $4 ОИ 54 0/8 |
54/021. |
|
Выражение \6.19) представляет собой уравнение характеристик выпрямления детектора, работающего в режиме слабых сигналов. Найдем параметры детектора.
Прямая проходная проводимость или крутизна детектора Уна=ба=0 10, =8А 0/9.
Внутренняя выходная проводимость детектора
ыУи=0 1-00 -—.=8840.-...+
Внутренняя входная проводимость детектора
Ум=д 19 И т == ЗА +84 И. $402.19 + 354 08.
Обратная проходная проводимость детектора
Уш= 091/90 = 540-540... ^
Определим внутренний коэффициент усиления детектора:
на= Ушива = ЗА Ии/2($А +84... |
(6.20) |
164
Таким образом, внутренний коэф- |
мии |
||
фициент усиления детектора |
линейно |
|
|
зависит от амплитуды входного напря- |
4 |
||
жения (рис. 69). |
|
|
вок |
Внутренняя эдс |
в эквивалентной |
|
|
схеме детектора определяется произве- |
|
||
дением патОжо, поэтому |
|
|
|
Е, == Зат Ио!3($А + 540). |
(6.21) |
у |
|
Из соотношения |
(6.19) можно сде- |
Рис. 6.9 |
|
лать заключение о том, что детектор, работающий в режиме слабых сигналов, имеет квадратичную детек-
торную характеристику независимо от формы вольт-амперной характеристики нелинейного прибора.
Входное сопротивление детектора определим, предполагая при-
ращения напряжения настолько малыми, что в выражении |
(6.18) |
- достаточно ограничиться двумя первыми членами: |
|
Вх =И т/п= ИЗА = НУа при Ч-.—0. |
(6.22) |
Видно, что входное сопротивление детектора равно обратной величине крутизны диода в рабочей точке, т. е. внутреннему сопротивлению диода в рабочей точке. При болыших приращениях
Аи следует учесть большее число членов в разложении тока (6.18). В этих условиях входная проводимость детектора
вх = ИВ = ГИ т= 5 + 54 И ЗА И + $4 Ит!8.
Входная проводимость детектора зависит от амплитуды вход-
ного напряжения. При 5”^>0 с увеличением амплитуды Ию входная проводимость увеличивается. Эту закономерность можно использовать для компенсации нелинейности детекторной характе-
ристики в режиме слабых сигналов [25].
Полупроводниковые и ламповые диоды имеют характеристику тока, хорошо
аппроксимнруемую экспоненциальной зависимостью. Для |
полупроводникового |
||
диода |
{= обр (ехр аи—1), где [обр — обратный ток диода |
|
|
Для вакуумного |
диода {=1оехр(аи), где ГГ— ток диода |
при и=0. Показа- |
|
тель |
экспоненты а== |
(30--40) ШВ для полупроводникового |
диода и а== (8-- |
--12) |
ИВ для вакуумного диода. |
|
|
Для малых 0-(5’40-<$А) получим согласно формуле (6.20} внутренний коэффициент усиления
на 54 Ит/2$ А = аИт/2. |
(6.23) |
Учитывая показатели экспонент аппроксимирующих характеристики вакуУмиого и полупроводникового диодов, можио сделать заключение о том, что внутренний коэффициент усиления детектора иа полупроводниковом диоде в 3—4 раза больше внутреннего коэффициента усиления детектора на вакуумном
диоде. При малых амплитудах иапряжений, подводимых К детектору, внутренннй коэффициент усиления мал. Например, при амплитуде входиого иапряже-
165
ння О(жо=10-3 В внутренний коэффициент усиления детектора на полупровод- никовом диоде
ца = аИто/2 == 15 Ото == 1,5.10—.
Детектор в режиме слабых сигналов имеет коэффициент усиления значительно меньше единицы, и тем меньше, чем меньше амплитуда входного напря-
жения. |
|
. |
В качестве границы перехода от режима слабых сигналов к режиму силь- |
||
ных сигналов |
можно |
принять условие из=0,5; тогда согласно (6.23) получим |
От иор==Н/а |
(6.24). |
Эту величину можно считать пороговым напряжением пе- |
рехода к режиму сильных сигиалов.
Коэффициент фильтрации высокочастотного напряжения определим, учитывая, что в режиме слабых сигналов диод» открыт в течение всего периода высокочастотного напряжения.
Амплитуда переменной составляющей тока высокой частоты
Та=$АИ»т. Этот |
ток создает |
на конденсаторе Сны напряжение |
|
(рис. 6.7) |
|
|
|
- |
` |
Ить= 1 |
Си =Ит А [® Си. |
|
|
|
|
Согласно (6.7) коэффициент фильтрации к=От/пь = Сы! =® С, Кл.
При ‘необходимости можно увеличить коэффициент фильтрации детектора, включив соответствующий фильтр между нагрузкой детектора и следующими каскадами.
Режим сильных сигиалов
‚В режиме сильных сигналов амплитуда входного напряжения
настолько велика, что проводимость диода сильно изменяется В течение периода высокочастотного напряжения.
При синусоидальном изменении входного напряжения Ивх ток
через диод несинусоидален. На рис. 6.10 изображены временные зависимости напряжений и тока в диодном детекторе, схема которого изображена на рис. 6.7. В моменты появления положительных
ве |
_. — |
и-—
и3/7
Е |
2 |
|
| |
|
|
Аи |
| |
4| |
|
> |
|
|
Я 5 | |
и |
Пат г |
||
— / —| |
|
|
г |
<. |
|
|
|
|” |
^ |
||
и в |
ыа — |
|
|
||
ЛА |
ла |
И |
п |
адлаа |
|
|
__ |
|
|
|
$ |
|
|
|
Рис. |
6.10 |
|
166
полуволн входного напряжения конденсатор Сн заряжается через диод. Напряжение на конденсаторе С изменяется по кривой 0—1
при условии, что начальное напряжение на конденсаторе было равно нулю и внутреннее сопротивление диода конечное. В точке
1Т.входное напряжение начинает быстро убывать и становится меньше напряжения на конденсаторе, следовательно, электрический заряд конденсатора должен уменьшаться. Диод обладает практически односторонней проводимостью, поэтому разряд кон-
денсатора происходит через резистор Ю-. Постоянная времени т= =АЮнСн значительно больше периода входного напряжения, и по-
этому разряд происходит медленно.
Изменение напряжения на конденсаторе, начиная от момента времени #(Ё>8), происходит по экспоненциальному закону ис=
= Ослехр[— (1—1. /КнСн]. Это напряжение приложено к р-п переходу в запирающем направлении. Поэтому диод будет закрыт до
тех пор, пока мгновенное значение входного напряжения не превзойдет напряжения на конденсаторе (точка 2, рис. 6.10). От момента времени № до момента времени № отпирающее напряжение ивх превышает ис, и поэтому происходит заряд конденсатора Сн через диод. От момента времени Ё начнется разряд и т. д.
< |
При постоянной |
амплитуде входного напряжения И» на |
кон- |
|
денсаторе Сн установится практически постоянное напряжение |
И-— |
|
|
уровень которого тем ближе к О», чем больше отношение сопро- |
||
|
тивления нагрузки |
детектора Анк внутреннему сопротивлению |
|
диода А, в прямом направлении.
Независимо от вида вольт-амперной характеристики диода напряжение на нагрузке детектора будет практически равно ампли-' туде входного напряжения (И-=Ит).
Если амплитуда входного напряжения увеличивается, то за каждую положительную полуволну напряжения будет увеличиваться напряжение на конденсаторе. При уменьшении Им напряжение ис уменьшается. При избыточной постоянной времени нагрузки т=АЮн„Сн скорость уменьшения ис может оказаться меньше
скорости изменения амплитуды входного напряжения. В этом случае ‚напряжение на конденсаторе Сн, изменяясь по экспоненциальному закону, показанному на рис. 6.10 штриховой линией, перестанет повторять закон изменения амплитуды входного напряжения; в результате появятся большие нелинейные искажения. Обычно постоянную времени Юн„Ся выбирают меньше самого малого периода модуляции входного напряжения и искажения не возникают.
.
Нараметры детектора в режиме сильных сигиалов
Результаты детектирования в режиме сильных сигналов практически не зависят от вида вольт-амперной характеристики диода
[19], поэтому для расчета параметров детектора можно воспользоваться теорией идеального диодного детектора [20].
167