Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
TM_Lectures.pdf
Скачиваний:
107
Добавлен:
24.02.2016
Размер:
6.53 Mб
Скачать

В качестве усилительного элемента можно использовать и биполярные транзисторы, но при этом модулирующее напряжение необходимо подавать на базу или коллектор транзистора. Принцип работы базового модулятора аналогичен принципу работы затворного модулятора, а коллекторного – стокового модулятора.

5.2. Детекторы АМ-сигналов

Детектирование колебаний заключается в восстановлении модулирующего сигнала, который в неявной форме содержится в модулированном высокочастотном колебании. По своему назначению детектирование является процессом, обратным процессу модуляции. В тех случаях, когда требуется подчеркнуть это, наряду с термином “детектирование” (“обнаружение”) применяют термин “демодуляция” колебаний.

На вход детектора подается модулированное колебание, содержащее только высокочастотные составляющие: несущее колебание и боковые частоты. На выходе детектора появляется напряжение с низкочастотным спектром передаваемого сообщения. Следовательно, детектирование сопровождается трансформацией частотного спектра и не может быть осуществлено без применения нелинейных элементов. В качестве таких элементов используются полупроводниковые диоды, полевые и биполярные транзисторы.

Предположим, что вольт-амперная характеристика (ВАХ) нелинейного элемента описывается выражением

i = a+bu +cu2.

Если на входе действует АМ-сигнал

U (t) =U (1 + mcost)cosω1t ,

то ток

i = a + bU (1 + mcos t )cos ѓЦt + cU 2 (1

+ mcos t )2 cos 2ѓЦt =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

= a + cU 2

(1 + m 2 ) + cU

2 mcos t + bUm cos (ѓЦ - )t +

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ bU cos ѓЦt +

bUm

cos (ѓЦ + Ω)t +

cU

2 m 2

 

 

 

 

cos 2t +

 

 

 

1

 

 

2

 

1

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

cU

2 m 2

cos (2

ѓЦ

- 2)t

+

cU 2 m

cos (2

ѓЦ - )t +

 

 

8

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

cU

2

 

m 2

)cos 2ѓЦt +

cU 2 m

cos (2

ѓЦ + 2)t +

 

(1 +

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

1

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

cU

2 m 2

cos (2ѓЦ + 2)t.

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5.10)

(5.11)

(5.12)

71

Спектр сигнала до и после детектирования показан на рис. 5.5, а, б. Как видно из рисунка, в низкочастотной части спектра, кроме составляющей с частотой модулирующего сигнала , есть еще постоянная составляющая и вторая гармоника модулирующего сигнала, которая приводит к искажениям.

Так как низкочастотная составляющая пропорциональна квадрату амплитуды входного напряжения (используется начальный участок ВАХ – рис. 5.6), то детектирование при малых амплитудах является квадратичным.

Во избежание искажений при детектировании необходимо, чтобы детектор обладал линейно-ломаной ВАХ, представленной на рис. 5.7 или 5.8.

|Ak|

a

0

|Ak|

б

0

Ω 2Ω

ω

−Ω

ω

+Ω

 

1

 

1

 

1

ω

 

ω

ω

−Ω

1

+Ω

−2Ω

−Ω

 

+Ω

+2Ω

1

 

1

 

 

 

1

ω

ω

ω

1

 

1

1

 

 

 

1

Рис. 5.5. Спектр АМ-сигнала при демодуляции с использованием нелинейной характеристики

i

i

i

U

U

U

Ucm

 

 

Рис. 5.6. ВАХ нелинейного

Рис. 5.7. ВАХ однополупе-

Рис. 5.8. ВАХ двухполупери-

элемента

риодного детектора

одного детектора -

72

 

 

Аналитически ВАХ однополупериодного детектора можно записать в ви-

де

aU при U 0

i =

,

(5.13)

 

0 при U < 0,

 

двухполупериодного –

 

 

 

i = a U .

(5.14)

Предположим, что в цепи с детектором, характеристика которого показана на рис. 5.8 (двухполупериодное детектирование), действует АМ-сигнал (5.11). Для определения i нужно найти модуль напряжения U . Так как коэффициент модуляции m<1, то выражение (1+mcost) — всегда положительная величина. Разложение в ряд Фурье выпрямленной косинусоиды cosω1t известно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

1

 

 

1

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cosω1t

 

= π(

2

+

 

 

 

 

 

cos2ω1t

 

 

 

cos4ω1t +

 

 

 

cos6ω1t ...).

 

 

 

 

 

 

 

 

1 3

 

3 5

5 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно, ток

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4a

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

i =

 

 

U(1 + mcost )(

 

 

+

 

 

cos2ω1t

 

 

cos4ω1t +

 

cos6ω1t ...) =

 

 

π

2

 

3

15

35

 

 

2aU

 

2a

 

 

 

2a

 

 

 

 

4a

 

 

 

 

 

=

 

 

 

+

 

 

 

mUcost

+

 

 

mUcos(2ω1 − Ω)t +

 

mUcos2ω1t +

(5.15)

 

 

π

 

 

π

 

3π

3π

+ 32πa mUcos(2ω1 + Ω)t 152aπ mUcos(4ω1 − Ω)t ....

Спектр сигнала после детектирования показан на рис. 5.9.

|Ak|

0

ω

-Ω

1

+Ω

Ω-

1

+Ω

1

ω

1

1

ω

1

2

4

Рис. 5.9. Спектр АМ-сигнала при демодуляции с использованием линейной характеристики

73

В составе спектра нет искажающих сигнал гармоник низкой частоты. Поэтому детектор с ВАХ, представленной на рис. 5.7 или 5.8, называют линейным.

Процесс детектирования состоит из выпрямления АМ колебаний, в результате которого образуются импульсы несущей с огибающей, имеющей форму колебания передаваемого сообщения и выделения из этих импульсов исходного сигнала путем фильтрации высокочастотных составляющих спектра импульсов. Схема детектора с двухполупериодным выпрямлением представлена на рис. 5.10, а временные диаграммы в различных точках – на рис. 5.11.

 

VD1

 

 

1

 

 

 

t

 

 

 

3

 

1

 

 

 

 

 

 

UАМ

 

R

C

2

 

t

 

 

 

 

 

Выход

 

 

 

 

 

VD2

2

 

3

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

Рис. 5.10. Двухполупериодный детектор

Рис. 5.11. Временные диаграммы работы

 

 

 

 

двухполупериодного детектора

Простейшим фильтром нижних частот (ФНЧ) может служить конденсатор С, подключенный параллельно нагрузке R. Для выделения неискаженной огибающей сопротивление нагрузки R должно быть больше емкостного сопротивления на несущей частоте и меньше емкостного сопротивления этого же конденсатора на частоте модулирующего сообщения, т.е.

1/ω1c << R < 1/c .

(5.16)

В этом случае на выходе детектора отсутствуют составляющие высоких частот. При линейном детектировании спектр выходного сигнала не отличается от спектра модулирующего сообщения.

74

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]