4. Детекторы с нелинейными передаточными характеристиками

Пиковый детектор на транзисторах.При отсутствии на входеAM сигнала транзисторыVT1 иVT2 (рис. 8.14) закрыты. Напряжение на конденсаторахCI иС2 равно нулю. Входной сигнал через эмиттерный повторитель на транзистореVT1 проходит на базу транзистораVT2. Импульс отрицательной полярности проходит через два транзисторных перехода. Через переход база — коллектор заряжается конденсаторС2, а через переход база — эмиттер — конденсаторС1. В этом случае транзистор работает как два диода. При отсутствии входного сигнала конденсатор С1 разряжается через переход база — эмиттерVT3 и резисторR2. Напряжение на конден­сатореС2 остается без изменения. Если последующий входной им­пульс будет иметь большую амплитуду, чем предыдущий, то вновь откроется два перехода транзистораVT2 и произойдет заряд коненсаторов до нового уровня входного сигнала. В том случае, если входной импульс будет меньше по амплитуде, то откроется толь ко переход база — эмиттер. Тран зисторVT2 работает как триод КонденсаторС2 разряжается че­рез транзисторVT2 на конденса­тор С1. Процесс разряда будет происходить до тех пор, пока по­тенциалы этих конденсаторов не сравняются. Напряжение на них будет равно амплитуде входного сигнала. Постоянная времени за­ряда конденсатораС2 равна 2,5 мкс, постоянная времени раз­ряда — 40 или 0,6 мкс в зависимости от режима работы транзи­стораVT2. Точность детектирования огибающей не хуже 2,5% при частоте 100 кГц. Минимальная амплитуда входного сигнала 20 мВ.

Рис. 8.14 Рис. 8.15

Рис. 8.16

Частотно-зависимый амплитудный детектор. Выходной сигнал детектора (рис. 8.15, а) снимается с диагонали моста, который включен в цепь ООС ОУ. Коэффициент передачи детектора зависит от элементов ООС R3, R2 и С, а также от сопротивления компен­сирующего резистораR1. Коэффициент передачи определяется вы­ражением

На рис. 8.15,6 приведена зависимость выходного напряжения от частоты.

Квадратичный детектор с аппроксимацией. Детектор (рис. 8.16) состоит из двух симметричных устройств. На вход ОУDA1 прихо­дит отрицательная полярность входного сигнала, а на вход ОУDA2 — положительная. Когда входной сигнал отрицательной поляр­ности имеет уровень меньше 1 В, коэффициент усиления микросхемы определяется отношениемR₆/R₁ и равен единице. Как только вход­ной сигнал превысит уровень 1 В открывается транзисторVT1 и коэффициент усиления усилителя меняется. На выходе интеграль­ной микросхемыDA1 сигнал удваивается. При дальнейшем увели­чении входного сигнала будут последовательно открываться осталь­ные транзисторы. Таким образом, квадратичная зависимость выход­ного сигнала будет аппроксимирована линейными участками. Воз-рая половина схемы для положительной полярности входного сиг­нала работает аналогичным образом. Верхняя граничная частота входного сигнала определяется граничной частотой работы ОУ.

5. Частотные детекторы

Детектор на дифференцирующем каскаде.В основу ча­стотного детектора (рис. 8.17, а) положен каскад усилителя с не­равномерной частотной характеристикой. Коэффициент усиления усилителя равенoR₂Ci. К коллектору транзистораVJ2 подключен детектор. Постоянное напряжение на выходе детектора пропорцио­нально частоте входного сигнала. На рис. 7.17,а показаны три гра­фика зависимости выходного сигнала от частоты при различных емкостях конденсатораCL Линейная зависимость наблюдается для емкости 6 нФ. На частоте 100 кГц коэффициент передачи де­тектора равен 100.

Рис. 8.17

Рис 8.18

Детектор с фазовым звеном.Частотный детектор (рис 8 18) построен по принципу синхронного детектирования Входной сиг­нал через транзисторVT1 проходит на базы транзисторовVT2 иVT3 ТранзисторVT2 совместно с элементамиС! иR6 образуют фазосдвнгающин каскад ЦепочкаR6 и С1 имеет частоту среза 1 кГц На этой частоте выходной сигнал транзистораVT2 сдвинут на 90° относительно входного сигнала В каскаде на транзистореVT3 входной сигнал усиливается и ограничивается Этот сигнал управляет работой полевого транзистораVT4, который работает в ключевом режиме и управляет цепью, через которую проходит сдвинутый по фазе входной сигнал Интегратор на элементахR11 иС4 выделяет постоянную составляющую Зависимость постоянной составляющей от частоты входного сигнала, имеющего амплитуду 2 В, приведена на рис 8 18

Активные частотные детекторы.Четыре схемы частотных де­текторов (рис 8 19) построены по одному принципу Частотно-за­висимым элементом в схемах являетсяRC цепочка Сигнал на ре­зистореR2 в схеме рис 819, с сдвинут относительно входного сигнала на определенный фазовый угол Фазовый сдвиг зависит от частоты входного сигнала Сигнал на базе управляет транзисторомVT, выходной ток которого заряжает конденсаторС2 Значение тока определяется сопротивлением резистораR1 Функции интегри­рования выходного сигнала выполняют элементыRI, C2 Кроме того, резистор R1 является элементом фазосдвигающей цепочки

В схеме рис 819,6 фазосдвигающая цепочка построена на эле­ментах R1, С1, а интегрирующая цепочка — наR2, С2. Частотные характеристики обоих детекторов имеют в области низких частот неравномерный участок, который ограничивает рабочий диапазон устройства Чтобы уменьшить этот участок, в следующих схемах включен дополнительный транзистор На рис 819,в детектор имеет частотную характеристику, неравномерный участок которой пере­мещен к частотам менее 2 кГц Введение дополнительного транзи­стора в схеме с ОБ позволило создать детектор (рис 819, г), ча­стотная характеристика которого является линейной и имеет большую крутизну, чем все предыдущие Амплитуда входного сиг­нала равна 3 В Все схемы проиллюстрированы частотными зави­симостями выходного напряжения

Детектор с фазовым мостом.В основе частотного детектора (рис 8 20, а) лежат две схемы мостового фазовращателя и балансного фазового детектора Фазовращатель собран наRl, R2 иС1.С2, а фазовый детектор состоит из следующих элементовVD1, VD2, R3, R4, СЗ, С4 Выходное напряжение фазовращателя используется ках коммутирующее напряжение для детектора При изменении ча­стоты входного сигнала от 0 до оо сдвиг фазы выходного сигнала на выходе фазовращателя будет меняться от 0 до 180° Для частоты w=1/RС = 2,1 МГц сдвиг фазы будет равен 90°. Для этого сдвига фазы на выходе детектора будет нулевое напряжение. При других значениях фазового сдвига напряжение на выходе детектора является положительным или отрицательным. Коэффициент передачи детектора в зависимости от частоты сигнала определяется выраже­ниемU_BЫХ/U_{вых max}=(w₀² — w²)/(w₀²+w²). На рис. 8.20,б приведена характеристика детектора.

Рис 8.19

Рис. 8.20

Рис. 8.21

Частотный детектор на интегральной микросхеме К224ДС2. Принципиальная схема микросхемы приведена на рис. 8.21, а. Сим­метричный детектор отношений (рис. 8.21,6) предназначен для ра­боты с частотой от 6 до 20 МГц. Для симметрирования плеч детек­тора между выводами 3, 5 включен резистор R.