2.3. Демодуляция am сигналов.

Демодуляторы AM и ОМ сигналов предназначены для преобразо­вания модулированных колебаний (2), (3) в напряжения (токи), из­меняющиеся по закону модулирующей функции M(t).

Демодуляторы AM сигналов могут быть выполненными с использованием нелинейных свойств элементов (диодов, транзисторов) или на линейных элементах с переменными параметрами (синхронный детектор). . ,

Структурная схема детектора на нелинейных, элементах пред­ставлена на рис. 3 и состоит из собственно нелинейного четырехпо­люсника НЭ и фильтра Z, подавляющего нежелательные продукты нелинейного преобразования.

U_ам(t) U_д(t)

Рис. 3

В силу нелинейности вольтамперной характеристики нелинейно­го элемента различают два режима работы такого детектора - ли­нейный в квадратичный, отличающиеся величиной входного сигнала. При большом входном сигнале (как правило, больше 1В) детектор работает в линейном режиме. При этом выходное напряже­ние на выходе фильтра

U_д(t)=к_д1 M(t) (11)

где k_1д - коэффициент передачи детектора.

При меньшем уровне входного сигнала (как правило, меньше 0.5В)

U_д(t)=к_д2 M ²(t) (12)

Структурная схема синхронного детектораAM сигналов пред­ставлена на рис. 4. Этот детектор представляет собой последова­тельно соединенные перемножитель и фильтр нижних частот.

Рис.4

Используя аналитическое выражение для AM сигнала (1) выход­ное напряжение на выходе перемножителя

U_п(t) = (U_н [1+m(t) ]cos _t) (U₀cos( _t+_))=U_нU₀cos( _t+_)+0,5 U₀U_н m(t)cos _+0,5 U₀U_н m(t)cos(2 _t+_) (13)

Полезным продуктом демодуляции является второе слагаемое; сигналы, соответствующие первому и третьему слагаемым с часто­тами о, и 2о соответственно, подавляются фильтром Z. Выходное напряжение детектора

U_д(t)=0,5 U₀U_н cos_ 0,5 U₀M(t)cos_ (14)

будет максимальным при равенстве фазы несущей AM сигнала и фазы опорного напряжения

U_д.мах=к_д.мах M(t) (15)

где К_дmaх=0,5U_o - коэффициент передачи детектора. Зависимость коэффициента передачи синхронного детектора от сдвига фаз несущей и опорного колебания является недостатком такого способа модуляции

2.4. Демодуляция ом сигналов.

Процесс демодуляции ОМ сигнала, аналитически описываемый выражением (2), рассмотрим на примере, когда модулирующей функцией является синусоидальный низкочастотный сигнал

M(t)=U_m sin  t (16)

Тогда (2) можно представить в виде

U_ОМ(t) = U_m( sin t cos _ (+ cos t sin _t) = 2U_м sin (_t (17)

Видно, что амплитуда однополосного сигнала пропорциональна амплитуде модулирующего сигнала, а частота зависит от частоты  модулирующего сигнала M(t). Таким образом, однополосный сигнал представляет собой колебание с амплитудно-частотной модуляцией. Детектирование такого сигнала не может осуществляться методами нелинейного амплитудного или частотного детектирования. Очевидно, что при нелинейном амплитудном детектировании колебания (17) на выходе детектора образуется постоянное напряжение, вели­чина которого пропорциональна U_m а, при частотном детектирова­нии с частотой настройки частотного детектора _о на выходе также имеет место постоянное напряжение, амплитуда которого пропор­циональна .

Демодуляция ОМ сигнала осуществляется посредством переноса его спектра в область низких частот, то есть с помощью цепи пере­множитель - фильтр нижних частот. Схема совпадает со структурной схемой синхронного демодулятора AM сигналов на рис. 4. По уста­новившейся терминологии опорное колебание

U_оп(t)=U₀ cos(_t+_) (18)

называют колебанием местной, или восстанавливаемой несущей, а сам процесс перемножения - восстановлением несущей. Перемножая (1) и (18) и отбрасывая составляющие с частотой 2_ подавляемые фильтром нижних частот, получаем выражение для выходного на­пряжения демодулятора

U_вых (t)=k_д [М(t)cos_ М(t)sin__

где k_д = 0,5U_o - коэффициент передачи демодулятора.

Учитывая, что сигнал M(t) соответствует комплексному спектру S_м( j), а спектр M(t) -комплексному спектру jS_м(j), выражение для спектра выходного сигнала принимает вид

S_вых ( j)=к_д S_м( j)(cos_ jsin_ к_д S_м( j)exp (-j_

то есть амплитудный спектр выходного сигнала совпадает со спек­тром исходного модулирующего сигнала M(t). Коэффициент передачи демодулятора не зависит от фазы опорного напряжения, а все спектральные составляющие сдвинуты по фазе на одинаковый угол _. Это обстоятельство не влияет на качество приема речевого сиг­нала, поскольку слуховое восприятие основано на анализе ампли­тудного спектра и не чувствительно к фазовым искажениям.

Демодулятор (рис.4), по сути, является преобразователем частоты с нулевой промежуточной частотой, то есть осуществляет перенос спектра сигнала в низкочастотную область. Поскольку опорное ко­лебание при демодуляции AM и ОМ сигналов создается непосредст­венно в приемнике и его амплитуда может быть выбрана значитель­но больше амплитуды сигнала, то, как и преобразователь частоты супергетеродинного приемника, он является линейным элементом Для сигнала. При этом оказывается возможным линейное детектиро­вание слабых сигналов без ухудшения отношения сигнал/шум.