5.2. Краткие теоретические сведения о детекторах ам-колебаний

5.2.1. Основные электрические характерстики детектора ам - колебаний

Детекторная характеристика– зависимость приращения тока в цепи детектора от величины входного напряжения.

Коэффициент передачи напряжения детектора– отношение амплитуды звуковой частоты на выходе детектора к амплитуде огибающей АМ – сигнала:

K

в)

_=U_/mU_, (5.7)

где U_- напряжение низкой частоты;m- глубина модуляции;U_- амплитуда напряжения несущей частоты.

Величина коэффициента детектирования заключена в пределах от 0 до 1.

I

0.3BU_в

Рис. 5.5. Детекторная характеристика

Частотная характеристика детектора– зависимость коэффициента детектирования от частоты модулирующего сигнала при постоянных значениях глубины модуляции (m) и амплитуды напряжения несущей частотыK_=(F).

Коэффициент нелинейных искажений– величина, определяемая выражением

, (5.8)

где U_1,U_2,U_3– амплитуды первой, второй и третьей гармоник соответственно.

Входное сопротивление детектора– отношение амплитуды входного напряжения к амплитуде первой гармоники входного тока высокой частоты

R_вх=U_/I_1. (5.9)

Входное сопротивление – это сопротивление детектора в точках подключения детектора к источнику модулированного высокочастотного сигнала. Входное сопротивление детектора должно быть велико, чтобы не шунтировать источник сигнала.

Коэффициент фильтрации высокочастотного напряжения это отношение амплитуды высокочастотного колебания на выходе детектора к амплитуде высокочастотного колебания на входе детектора

К_ф=U_{ вых}/U_{ вх}. (5.10)

Важно, чтобы высокочастотная составляющая на выходе детектора была малой. Идеальное значение коэффициента фильтрации – ноль.

5.2.2. Физическая сущность процесса детектирования амплитудно-модулированных сигналов

В радиоприемниках часто используют диодное детектирование. Это значит, что в составе амплитудного детектора имеется диод, к которому подводится исходный подлежащий детектированию сигнал.

Пусть на вход детектора поступает ВЧ немодулированный сигнал (рис. 5.6 а) u_вх(t)=U_{m вх} cost.

Считаем, что диод является идеальным, в частности, сопротивление диода в прямом направлении равно нулю, а в обратном – бесконечности, диод обладает односторонней проводимостью.

Рис. 5.6. Детектирование немодулированного колебания

В этом случае ток, протекающий через диод будет иметь импульсный характер (рис. 5.6 б).

Полученная периодическая негармоническая последовательность может быть представлена в виде ряда Фурье

i=I₌+I₁cost+ I₂cos2t+ ...,

где I₌ постоянная составляющая или среднее значение выпрямленного тока.

Величина I₌ не изменяется от периода к периоду исходного воздействия.

Рис. 5.7. Детектирование АМ-колебаний

Пусть на вход детектора поступает высокочастотный модулированный по амплитуде сигнал (рис. 5.7 а): U_ВХ(t)=U_(1+cost)cost. (5.14)

В этом случае среднее значение тока, протекающего через диод за период высокочастотного воздействующего колебания, изменяется от периода к периоду исходного сигнала (рис. 5.7 б). Такой электрический ток можно представить в виде суммы постоянной составляющей, неизменной во времени (рис. 5.7 в) и составляющей тока низкой частоты (рис. 5.7 г). Низкочастотная компонента тока изменяется по закону огибающей АМ-сигнала, выделение полезной информации осуществляется без искажений. Для реализации появившейся низкочастотной составляющей тока нужно включить нагрузку. На нагрузке выделяется напряжение низкой частоты. В качестве нагрузки используется резистор. Включение колебательного контура нецелесообразно, он громоздок, т.к. нужно выделить низкую частоту. Кроме того, в процессе детектирования нужно выделить полосу частот, ограниченную верхней модулирующей частотой F_в, а колебательный контур в области низких частот будет характеризоваться узкой полосой пропускания.

5.2.3. Схемы диодных детекторов

Различают последовательную (рис. 5.8) и параллельную (рис. 5.9) схемы построения диодных детекторов. В последовательной схеме источник сигнала, диод, нагрузка включены последовательно. Такая схема применяется, если постоянная составляющая тока детектора может замыкаться через источник переменного тока. Для снижения коэффициента фильтрации обычно нагрузку разделяют.

Рис. 5.8. Принципиальная схема последовательного детектора АМ-сигналов

Однако разделение нагрузки влечет за собой снижение коэффициента детектирования. Сопротивление нагрузки берут из соображений нешунтирования колебательного контура, являющегося источником высокочастотного АМ-сигнала.

Для последовательного детектора

R_ВХ=R_Н/2.

В схеме последовательного детектора нагрузка детектора шунтируется емкостью для устранения проникновения высокочастотного колебания в усилитель низкой частоты, следующий за детектором. Ток, протекающий через диод, пропорционален подведенному к диоду высокочастотному напряжению. Поэтому все напряжение, снимаемое с источника высокой частоты, нужно без потерь подвести к диоду. В этом состоит второе назначение ёмкости. При её отсутствии были бы потери высокочастотного сигнала на нагрузке.

Низкочастотная составляющая тока должна протекать через сопротивление нагрузки, а высокочастотные компоненты тока должны протекать через шунтирующую нагрузку конденсатор, не создавая (в идеальном случае) напряжения высокой частоты, поступающие в дальнейшем в усилитель низкой частоты. Поэтому величины обсуждаемых элементов нужно выбирать из соотношения

1/C<<R_H<<1/_BC, (5.11)

где _B– верхняя модулирующая частота.

Рис. 5.9. Принципиальная схема параллельного АМ-детектора

Если величина 1/_BС будет мала, то это повлечет за собой завал верхних модулирующих частот (рис. 5.10) на выходе детектора от частоты модулирующего сигнала:

а) С=С₁; б) С=С₂<С₁ .

Параллельная схема диодного детектора применяется, если постоянная составляющая не может замкнуться через источник высокочастотного сигнала. В этом случае источник высокочастотного АМ-сигнала, диод, нагрузка включены параллельно (рис. 5.9). Особенности параллельного детектора:

Рис. 5.10. Зависимость напряжения низкой частоты

-.разделены пути переменной и постоянной составляющих токов;

- в детекторе отсутствует фильтрация высокочастотного сигнала, он полностью поступает на выход детектора, т.е. К_ф=1.

Чтобы не пропустить высокочастотные компоненты на вход усилителя низкой частоты, после детектора включают фильтр R_ФC_Ф (рис. 5.9). Высокочастотное напряжение в основном выделяется на резистореR_Ф, низкочастотное напряжение выделяется на конденсаторе С_Ф.

В транзисторных радиоприемниках нагрузкой детектора служит не только сопротивление R_н , но и входное сопротивление первогокаскада УНЧ, величина которого невелика. Поэтому сопротивление нагрузки детектора берут небольшим, порядка нескольких кОм. Это резко уменьшает входное сопротивление детектора. Чтобы уменьшить шунтирующее действие входного сопротивления детектора на колебательный контур, являющийся источником высокочастотного модулированного колебания, применяется неполное включение детектора в цепь колебательного контура УПЧ (рис. 5.9).