23.5. Демодуляторы

Демодуляторы (детекторы) пред­назначены для преобразования моду­лированных (манип'улированных) колебаний с промежуточной частотой в электрический телефонный (теле­графный) сигнал. В зависимости от вида модуляции принимаемого сигна­ла различают амплитудный, ча­стотный и фазовый детекторы.

Амплитудный детектор преобра­зует амплитудно-модулированное ко­лебание промежуточной частоты

в колебание звуковой частоты Мцых = Ua/COsQt. Для выполнения подобного преобразования детектор должен включать в себя нелинейный элемент. Процесс амплитудного де­тектирования поясним на примере амплитудного диодного детектора (рис. 23.16), получившего широкое

После нелинейного преобразо­вания в токе содержится сос­тавляющая со звуковой частотой i_a—aUoMcosQt, которая протекает по сопротивлению R_o и создает напряжение UQ=aUoMR₀cosQt, яв­ляющееся полезным продуктом де­тектирования. В токе диода, кроме того, содержатся: постоянная состав­ляющая /_до = О,5а£/о (1 +0,5М²), ко­торая образует на R_o постоянное напряжение, создающее на диоде небольшое запирающее напряжение смещения; высокочастотные состав­ляющие с частотами 2со_пр, 2(о_пр±й, 2(о_пр±2й, протекающие через кон­денсатор Со и при условии (1/соСо) <С/?о не создающие на R_o падения напряжения; составляющая с удвоенной звуковой частотой, создающая на Ro и выходе схемы напряжение U2Q = 0,25aUoM²cos2£2t. Это напряжение является пара­зитным продуктом детектирования, вызывающим нелинейные искажения телефонного сигнала.

Для уменьшения искажений среднюю амплитуду входного АМ-колебания (Jo увеличивают так, чтобы выполнялось условие и_о^и_нел/1 — М, где f/нел — напря­жение, соответствующее концу квад­ратичной зависимости i_a = f(u_BX) (рис. 23.17). При этом вольт-амперная характеристика диода, оставаясь в целом нелинейной для мгновен­ных значений ы_вх, будет линей­ной для его огибающей, изменяю­щейся по закону звуковой частоты, Uo(l+McosQt)=U(t). Ток через диод

U₀(l +Mcos Qi)-U(t). Ток через диод протекает в виде амплитудно-моду­лированных импульсов с углом отсечки 9, от величины которого зависит амплитуда 1а составляющей тока звуковой частоты ia и ам­плитуда напряжения на выходе U^ = U_Q = I_QRo. Коэффициент пере­дачи диодного детектора при этом

S — крутизна прямолинейного участ­ка характеристики.

Частотный детектор преобразует частотно-модулированное колебание поомежуточной частоты

где £/_Д1, {/_Д2 — амплитуды высокочас­тотных напряжений, при­ложенных к диодам.

Используя векторные диаграммы (рис. 23.19), определим напряжения U_A[, с/д₂ и f/вых в три различных момента времени.

Пусть при t = t\ частота напряже­ния и_вх равна своему среднему значению со = &)<>. В качестве исходно­го возьмем вектор напряжения Ui на первом контуре (рис. 23.19, а). За счет трансформаторной связи ЭДС, наводимая во втором контуре Я₂, будет в противофазе с U\. При ы~и>₀ второй контур настроен в резонанс с 0[, Ё% поэтому ток /г совпадает с £г по фазе. Напряжение (/г, создавае­мое /г на индуктивности L₂, разделя­ется относительно ее средней точки на два противофазных напряжения

в колебание звуковой частоты u_Bli = U ocosQt. Для выполнения по­добного преобразования только нели­нейного элемента недостаточно, так как проходящий через него ток зависит лишь от амплитуды и_вх и не меняется при отклонении частоты от (мо- Поэтому частотный детектор включает в себя два элемента, из которых первый (линейный) пре­образует частотную модуляцию в амплитудную, а второй (нелинейный) производит амплитудное детектиро­вание. Рассмотрим эти процессы в схеме дискриминатора, получивше­го широкое распространение в каче­стве частотного детектора в слу­жебных ЧМ радиоприемниках (рис. 23.18).

В качестве линейного элемента используются два колебательных контура с комбинированной индук­тивно-емкостной связью, настроен­ные на среднюю частоту ыо вход­ного ЧМ напряжения. В качестве не­линейного элемента служат два встречно включенных амплитудных детектора, аналогичных представлен­ным ранее (см. рис. 23.16). При та­ком включении выходное напряжение "вых = £_Д1 —£д2 или с учетом формулы (23.9)

±0,5 {/г, одно из которых опережает /₂ по фазе на 90 °, а другое отстает на этот же угол. Напряжения 0_л\ и 0_Л2 на каждом диоде представляют собой векторные суммы напряжения 0\, попадающего во второй контур через конденсатор связи С_С-В и напряжений ±0,5 64 т. е. £/_Д1 = #1+0,502, 0_п2= 0\ — 0,5(/г- Из диаграммы рис. 23.19, а видно, что в данный момент времени U_av= U_Ki и в соответствии с формулой (23.11) м_вых = 0.

Пусть в момент времени t = ti час­тота напряжения м_вх стала меньше а>о, т. е. (d = wo—Аю. Второй контур по отношению к первому является контуром последовательного типа, поэтому при со<Ссоо в соответствии с формулой (21.4) он имеет для тока h емкостный характер сопротивления и ток Л опережает £₂ по фазе на угол Ф, зависящий от величины расстрой­ки Аи (рис. 23.19, б). Проделав аналогичные построения, видим, что в данном случае U_A\>U_A2 и «_ВЫх>0.

Если в момент времени t = tz частота входного напряжения увели­чится: (о = соо + А«>, то второй контур будет иметь индуктивный характер сопротивления, ток /г отстанет от Еч по фазе на угол ф и для интересую­щих нас напряжений получим соотно­шения: £/д|<£/д2, «вых<0.

При изменении частоты «_вх во вре­мени по закону co = AcosinQ/ + coo на выходе детектора получим напряже­ние звуковой частоты м_вых = UasinQt, амплитуда которого пропорцио­нальна девиации частоты Асо. Эле­менты в цепи диодов (см. рис. 23.18) выполняют те же функции, что и в схеме на рис. 23.16. Дроссель L₃ создает путь для токов /_д0 и i₃₄, исключая шунтирование контура L\C\ конденсатором Со-

Напряжение и_вых зависит не только от изменений (a{t), вызванных процессами модуляций, но и от изменений амплитуды м_вх, вызванных помехами. Для исключения послед­ней зависимости перед дискримина­тором включается амплитудный огра­ничитель. В современных приемни­ках, кроме дискриминаторов, приме-

ров, например дробный детектор, подавляющий паразитные изменения амплитуды м'вх, и детектор с ди­скретной обработкой ЧМ сигнала.

Рассмотренные схемы амплитуд­ного и частотного детекторов могут использоваться для детектирования сигналов с амплитудной и частотной манипуляцией. Для детектирования сигналов с фазовой манипуляцией в схему диодного детектора должно быть подано эталонное напряжение, частота которого совпадает с часто­той входного сигнала. Схема фазово­го детектора аналогична схеме на рис. 23.12, где м_с и и_г имеют одинаковые частоты, а м_ВЫх зависит от разности фаз: м_вь,х = [фг — фс (0 ]•