Міністерство освіти і науки україни

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

ДОСЛІДЖЕННЯ ДІОДНОГО АМПЛІТУДНОГО ДЕТЕКТОРА

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторної роботи № 4

з курсу "Засоби прийому та обробки інформації в системах технічного захисту інформації"

для студентів базового напряму 6.170102

"Системи технічного захисту інформації"

Затверджено

на засіданні кафедри

"Захист інформації"

Протокол N від . . 2014 p.

Львів 2013

Дослідження діодного амплітудного детектора: Інструкція до лабораторної роботи № 4 з курсів "Засоби прийому та обробки інформації в системах технічного захисту інформації" для студентів базового напрямку 6.170102 "Системи технічного захисту інформації" усіх форм навчання / Укл. І. А. Прокопишин, Я.В. Решетар.– Львів: НУЛП, 2014. – 18 с.

Укладачі: І. А. Прокопишин,канд. фіз.-мат. наук, доц.,Я.В. Решетар, асист.

Відповідальний за випуск І. А. Прокопишин, канд. фіз.-мат. наук, доц.

Рецензенти:

Мета роботи – ознайомитися з принципом роботи діодного амплітудного детектора (АД) послідовного типу на основі реально використовуваної принципової схеми, дослідити основні характеристики АД та вплив на них параметрів схеми за допомогою програмного середовища Micro-Cap.

1. Основні теоретичні відомості

1.1 Принцип дії амплітудного діодного детектора

Амплітудним детектором (АД) називають пристрій, призначений для отримання на виході напруги, що змінюється відповідно до закону модуляції амплітуди вихідного гармонійного сигналу.

Розглянемо амплітудно-модульований сигнал:

, (1)

де

–модулююча функція, ,

–коефіцієнт амплітудної модуляції, або глибина модуляції,

, – амплітуда та частота несучого коливання.

Якщо інформаційний сигнал представляє гармонійне коливання однієї частоти (є однотональним) з амплітудою ,, тоді:

. (2)

Демодуляція сигналу полягає у відтворенні модулюючої функції з найменшими спотвореннями. Спектр повідомлення зосереджений в області низьких частот (частот модуляції), а спектр сигналу u_а(t) – в області несучої частоти ω_c, значення якої набагато перевищує значення найвищої частоти модуляції.

Схема амплітудного діодного детектора зображена на рис. 1. На вхід детектора надходить високочастотний сигнал u_a (t). Детектор є послідовним з'єднанням діода D і ланцюга (фільтра) навантаження: конденсатора С_н і резистора R_н, включених паралельно. З ланцюга навантаження знімається вихідне коливання .

Рис. 1. Амплітудний діодний детектор

Розглянемо роботу детектора як одноперіодного випрямляча при заданому на вході гармонійному високочастотному сигналі несучої частоти (який має бути згладженим ):

. (3)

Діаграми напруги на виході детектора та струму через детектор показані на рис.2.

Рис. 2. Напруга на виході детектора та струм через діод

Напруга на виході пульсує навколо середнього значення. Струм через детектор можливий лише тоді, коли напругаперевищує величину.

Тому, струм через діод має форму імпульсів, як наближено показано на рис. 2.

В проміжках між імпульсами струму, коли відбувається розряд конденсатора через опір навантаженнянапругаспадає. На проміжкуконденсатор заряджається імпульсом анодного струму і напруга– зростає.

Тривалість імпульсу струму характеризує кут відсікання (відтину) анодного струму , який визначають так:

, (4)

оскільки (див. рис. 2) .

За припущення лінійності ВАХ діода, в межах кута 2форма імпульсу струму близька до відсіченої косинусоїди:

, (5)

де – амплітуда імпульсу струму.

Введемо кутовий час . Постійна складова імпульсу струмуотримується усередненням імпульсу за весь період:

. (6)

Шукана напруга на виході детектора буде дорівнювати:

. (7)

З іншого боку, з рис. 2 легко встановити, що

, (8)

а

, (9)

де – опір діода у відкритому стані.

З формул (6)-(9) отримаємо, що кут відсікання визначається лише опорами діода та навантаження:

. (10)

Якщо, кут відсікання задати достатньо малим, наприклад , то за формулою (8), отримаємо, що, тобто величина напругибуде достатньо близькою до амплітуди вхідного сигналу. Вибираючи кут відсікання з цих міркувань, опір навантаження знаходять з формули (10).

З іншого боку, для згладжування коливань несучої, необхідно щоб часова стала контура набагато перевищувала період:

. (11)

Останню нерівність задовольняють вибором ємності конденсатора .

Якщо на вхід детектора подають модульований сигнал, модулююча частота якого набагато менша частоти несучої, наприклад (2), то на виході детектора, в силу лінійності формули (8), отримаємо напругу .

Однак, щоб не відбулося цілковитого "випрямлення" і втрати інформаційного сигналу, необхідно також забезпечити умову, протилежного до нерівності (11) змісту:

. (12)