Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

Таким образом, дифференциальное входное сопротивление ди- одного детектора с последовательным включением нагрузок не зависит от амплитуды входного напряжения, крутизны диода и равно половине сопротивления нагрузки детектора.

Коэффициент фильтрации диодного детектора в режиме сильных сигналов найдем, определив О» — амплитуду первой гармоники переменной составляющей высокочастотного напряжения на нагрузке детектораирассчитав отношение амплитуды входного на-

пряжения Иж к От.

Амплитуда первой гармоники переменной составляющей тока

Г = „/Вьх. `

Амплитуда напряжения на нагрузке Ишь =/маЮ»/ У 1-9? С2.Юь.

Обычно 1/юС,<Юн, поэтому Ить = [1 [® Сы. Таким образом,

ть 2 И и/Кьх® Си _и коэффициент фильтрации детектора

к. =ОИш/Ото & © С, Врх.

Учитывая, что в режиме сильных сигналов Авх=Ан/2, получа-

ем

Параметры диодного детектора в режиме сильных сигналов можно также получить, используя аппроксимацию статической характеристики диода в виде экспоненциальной кривой [19], кото-

рая дает лучшее приближение к реальным характеристикам диодов. Однако эта аппроксимация приводит к табличным функциям Бесселя и практически не изменяет выводов, полученных при использовании аппроксимации характеристики диода отрезками пря-

мой линии.

6.4. Нелинейные явления в детекторах

Детектирование сигнала сопровождается искажением. При ма-

лом коэффициенте модуляции входного напряжения нелинейные искажения невелики. При увеличении коэффициента модуляции искажения возрастают. Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью детекторной характеристики, избыточной постоянной

времени нагрузки детектора и различием в сопротивлениях нагрузки детектора постоянному и переменному токам.

НЙ

Искажения, вызванные нелинейностью детекторной характери- стики. Форма детекторной характеристики зависит от сопротивле-

ния нагрузки детектора.

На рис. 6.14 показана форма детекторных характеристик для тока в нагрузке /4=/=—№ при различных сопротивлениях нагрузки детектора Ю.. Из рисунка следует, что увеличение сопротивления нагрузки детектора улучшает линейность детекторной характеристики. ‚

а

0

—Э

\

При достаточно большом сопротивлении нагрузки детекторная характеристика (рис. 6.15) имеет три участка: квадратичный участок (1), соответствующий режиму детектирования слабых сигналов, линейный (3), соответствующий режиму детектирования сильных сигналов, и промежуточный (2), соответствующий режиму

средних сигналов.

Если продолжить линейную часть характеристики в область

малых напряжений до пересечения с осью абсцисс, то можно определить амплитуду входного напряжения Ипи, выше которой де-

текторная характеристика незначительно отличается от линейной. Нелинейные искажения, вызвайные нелинейностью детекторной характеристики, будут малыми при выполнении следующего не-

равенства: |

От (1— Тыаз) > От или От И Иа (1 — Таз)

Обычно Ин = (0,1-0,3) В. Задавшись максимальным коэффи- циентом модуляции ах =0,95, при котором еще нелинейные искажения малы, получим необходимое значение амплитуды напряжения на входе детектора

Ито> (0,1 0,3} В/(10,95)= -—(26) В.

Нелинейные искажения, вызванные избыточной постоянной времени нагрузки детектора. Постоянная времени нагрузки детектора т=Юн„Ск. Для уменьшения нединейных искажений, вызванных нелинейностью детекторной характеристики, А, следует увеличивать. ,

172

Найдем соотношения, определяющие безынерционный режим детектора [14]. Составнм отношение скорости изменения напряжения на нагрузке при разряде

конденсатора к скорости изменения амплитуды входного напряжения при моду-

Примем, что до момента времени № напряжение на нагрузке повторяло закон модуляции входного напряжения, т. е.

где Ка — коэффициент усиления детектора; и — коэффициент модуляции вход- ного напряжения.

Из соотношения (6.40) можно найти скорость изменения напряжения на конденсаторе 4ис/4!==из/ЮыСн или с учетом выражения (6.41),

аис [91 = (Ка От о/Кн Сы) (1-- тзтЯ В.

Приравняв 44/4 нулю, найдем момент времени Ё., в котором а минимальное; этот момент времени определится равенством

Искаження, вызванные избыточной постоянной времени, будут отсутствовать при выполнении следующего неравенства:

Воспользуемся формулой (6.43) для определения постоянной времени ЮнСы, . удовлетворяющей это неравенство,

Юн Сн<Ка УТ {© т.

173

Постоянная времени нагрузки детектора должна выбираться тем меньшей, чем больше частота модуляции и чем больше коэффициент модуляции. Предполагая, что Кад1, и учитывая, что на частоте шах, соответствующей границе полосы пропускания высокочастотного тракта, коэффициент модуляции напряже-

ния на входе детектора Тшах не может превысить уровня отсчета полосы про-

максимальной частоте модуляции возникают при 1/ЮтахСнААв, ЧТО же каса-

ется линейных искажений, то они существенны при 1/ЮшщахСиА.аВв/ (Юла --К-). Поэтому, если выбрать ЮнСн с учетом неравенства (645), то линейные искажения на высоких частотах модуляции практически не возникнут.

Неравенство (6.45) следует рассматривать как необходимое условие реализации безынерционного режима детектирования амплитудно-модулированных сигналов’

Нелинейные искажения, вызванные различием в сопротивлениях нагрузки детектора постоянному и переменному токам. Обычно

выходное напряжение детектора передается в соответствующие цепи через разделительные элементы ЮС, выбранные так, чго емкостное сопротивление конденсатора оказывается малым по сравнению с сопротивлением резистора.

В связи с этим сопротивление нагрузки детектора для переменного тока в диапазоне модулирующих частот оказывается меньше, чем для постоянного тока.

Эти условия возникают не только при передаче напряжения на.

Рис. 6.16

и при использовании постоянной составляющей напряжения на нагрузке детектора И для автоматической регулировки усиления или в цепи электронного индикатора настройки (рис. 6.17).

Рассмотрим, как будут в этих условиях изменяться /= и П0= при изменении амплитуды входного напряжения. На рис. 6.18

ХУ

бтУПу

изображены характеристики выпрямления детектора. При медленных изменениях амплитуды входного напряжения с частотой, близкой к нулю, конденсаторы Су и Ср успевают перезаряжаться.

Напряжение на нагрузке П-. и ток /- будут изменяться в со- ответствии с точками пересечения прямой нагрузочного сопротив-

ления ОД] и характеристик выпрямления для мгновенных значе-

=|7.

Рис. 6.18

ний амплитуды входного напряжения от Иж(1—т) до Ито (1+ +т). При быстрых изменениях амплитуды входного напряжения

относительно И» ток в детекторе /= и напряжение на нагрузке (И— будут изменяться в соответствии с точками пересечения ха-

рактеристик выпрямления и прямой 434.

Эта прямая проведена через точку А, соответствующую режи-

тектора переменному току.

Для всех значений амплитуды входного напряжения, соответствующих характеристикам выпрямления, начала которых расположены правее точки 4, ток детектора /= будет равен нулю. Диод

Дв интервале времени И—№ оказывается закрытым. В форме то- ка и напряжения на нагрузке детектора будут наблюдаться искажения в виде отсечки. Сопротивление нагрузки детектора перемен-

ному току не зависит от частоты модуляции, поэтому искажения характера отсечки будут наблюдаться на всех модулирующих частотах.

Отсечка тока в детекторе объясняется тем, что при быстром уменьшении амплитуды входного напряжения на конденсаторе Сь или Сх продолжает со-

храняться ‘постоянное напряжение И= которое создает на нагрузке детектора запирающее диод напряжение. На рис 619 показано, как формируется это на-

175

Неравенство (6.49) определяет выбор сопротивления Кр и соответственно сопротивления Юф для детектора, выполненного по схеме рис. 6.17, при кото-

ству: Юр 2Ан[--1+Ка/(1—Тшах)]. Обратнм внимание на то, что приведенное выше аналитическое рассмотре-

иие продесса ноявления искажений было основано на предположении о «ключевом» характере проводимости диода. В действнтельности переход днода от от-

крытого состояния к закрытому происходит плавно, на конечном интервале из- менения напряжения на диоде.

меньше коэффициент модулядии входного напряжения н чем меньше коэффициент передачи детектора, тем болыше допустимое разлучие в сопротнвлениях нагрузки детектора, не вызывающее существенных нелинейных искажений.

6.5.Взаимодействие двух сигналов в детекторе

Вреальных условиях приема к детектору может подводиться

как полезный— желательный, так и нежелательный сигналы. В результате взаимодействия этих сигналов отношение сигнала к помехе на выходе может отличаться от существующего на его входе.

Выходное напряжение детектора определяется амплитудой суммарного входного напряжения, поэтому для оценки результата

взаимодействия двух сигналов рассмотрим закон изменения амплитуды суммарного колебания.

176

Известно, что сумма двух синусоидальных напряжений с различными частотами образует напряжение, амплитуда и фаза ко-

торого изменяются с частотой биений, равной разности частот сум-

мируемых колебаний. Форма кривой биений отличается от сину- соидальной [13]. Более сильное колебание с амплитудой Иж и угловой частотой в! представим в виде неподвижного вектора ОО!

(рис. 6.20), проектируемого на ось х, вращающуюся с угловой час-

т1

Рис. 6.20

тотой ®! ПО часовой стрелке. Второе колебание с частотой 22%! будет представлено вектором ОД, вращающимся с угловой частотой 95 =@2—6!. Амплитуда суммарного колебания Иж; опреде-

рую описывает конец вектора О\А1, вращаясь с угловой скоростью 5 вокруг точки О\!. Длина вектора изменяется от Ижх шах= Ипи + +2 (точка 1) до Итжухит= Изи-—Оже (точка 3), а сам вектор

колеблется около вектора ОО..

Таким образом, суммарное напряжение содержит как амплитудные, так и фазовые изменения. Эти изменения происходят с

разностной частотой в2—®!, называемой частотой бнений. Ампли- туда суммарного напряжения ог максимального значения в точке 1 будет уменьшаться и лишь в точках 2”, 4’ окажется равной Они. Время, в течение которого амплитуда суммарного напряжения

превышает О»„, пропорционально дуге окружности 2’, 2,1, 4,4’. Время, в течение которого Иж, <<И», пропорционально дуге 27 3,

4’.Таким образом, продолжительность положительных полуволн огибающей амплитуд суммарного напряжения будет больше продолжительности отрицательных полуволн. Асимметрия зависит от отношения Из›/Ип: (рис. 6.21).

На рис. 6.22 показана зависимость амнлитуды суммарного на-

пряжения от времени при модуляции слабого сигнала Из одним тоном.

Рассмотрим результат детектирования суммы двух сигналов линейным детектором, т. е. детектором с линейной детекторной ха-

177

рактеристикой. Будем считать, что для частот модуляции детектор

является безынерционным. Однако для частоты биений Об детек- тор может быть как инерционным, так и безынерционным.

В инерционном детекторе напряжение на выходе следует за амплитудными значениями суммарного напряжения. Амплитудные

Рис. 6.22

значения суммарного напряжения Ижушах Показаны на рис. 6.22 жирными штриховыми линиями. Видно, что эти значения повторяют без искажения законы изменения огибающей амплитуд суммарного напряжения. Поэтому в линейном инерционном детекторе отношение выходных напряжений, обусловленных двумя сигнала-

ми, действующими на входе, равно отношению входных напряжеНи>

В безынерционном детекторе должно удовлетворяться условие

безынерционности для частоты биений, где под коэффициентом мо-

дуляции следует подразумевать отношение амплитуд действующих напряжений. Постоянная времени ЮнСн должна выбираться

согласно следующему неравенству:

178

.

В этом случае напряжение на нагрузке детектора следит за

мгновенными значениями амплитуд суммарного колебания, изменяющимися с частотой биений. Эти значения показаны сплошной

кривой. Представляя эту кривую в виде ряда Фурье, легко установить, что в спектре выходного напряжения будут следующие со-

ставляющие: 1) постоянная составляющая за период модуляции И, которая будет несколько больше Из; 2) переменная

составляющая (за с частотой модуляции более слабого

сигнала, получившаяся из-за асимметрии кривой биений; 3) переменная составляющая с частотой биений 5, модули-

рованная по амплитуде так же, как модулировался меньший из сигналов. -

Сумма первых двух составляющих определяется средним значением амплитуды суммарного колебания за период биений. Спектры входного и выходного напряжений детектора изображены на рис. 6.23. Из сопоставления спектров следует, что в результате

детектирования спектр модулирующих частот слабого сигнала пе-

реносится на частоту биений ©, подобно тому как в преобразователе частоты спектр входного сигнала переносится на промежу-

точную частоту. Кроме того, появляется составляющая с частотой модуляции более слабого сигнала Ито, уровень которой зави-

сит от асимметрии кривой биений. Напряжение Ио убывает с увеличением амплитуды несущего колебания И» вследствие того,

179

У и Уш2 для момента времени Ё, когда вектор относительно положения О11 сместился на угол 64.

Амплитуда суммарного колебания по теореме косинусов из треугольника ОО1А (см. рис. 6.24)

где х= (Ит2/От1)?+2 (Отт) сз @5Ё< 1.

В линейном детекторе изых=КаОт., где Ка — коэффициент уси-

ления детектора.

Разложим выражение (6.52) в степенной ряд и найдем среднее

значение выходного напряжения за период биений:

Т

Изыхев. = (1/То) ых ЧЕ 52Ка Ита (1+ 02/4?). — (6.53)

Из формулы (6.53) следует, что среднее значение напряжения на выходе детектора увеличивается за счет второго сигнала. Это приращение пропорционально квадрату амплитуды более слабого сигнала. Таким образом, линейный детектор, безынерционный для частоты биений, оказывается квадратичным для слабого сигнала.

Предположим, что первый и второй сигналы модулированы:

Введем выражение (6.54) в формулу (6.53) и найдем значения амплитуд выходного напряжения с частотами модуляции @! и ©..

Если Ри т1, то

От = Ка И т, Ито = Ката Ито» (Ито! 2 то). (6.55)

Вторая формула (6.55) показывает, что выходное напряжение,

обусловленное модуляцией более слабого сигнала, зависит от амп- литуды несущего колебания сильного сигнала. С увеличением

Ито: напряжение Ито2 уменьшается.

Выигрыш в отношении напряжений с частотами модуляции двух сигналов, который будет в безынерционном детекторе,

180