3.3.3 Детектирование модулированных сигналов

Объединяя нелинейные элементы с соответствующими линейными частотно-избирательными звеньями, можно созда­вать устройства для детектирования (демодуляции) радио­сигналов.

Принцип детектирования АМ-сигналов.Операция амплитуд­ного детектирования прямо противоположна амплитудной модуляции. Имея на входе идеального детектора АМ-колебание , следует получить на выходе низкочастотный сигнал, пропор­циональный передаваемому сообщению. Эффективность ра­боты детектора принято оцениватькоэффициентом детекти­рования

рhавным отношению амплитуды низкочастотного сигнала на выходе к «размаху» изменения амплитуды высокочастотного сигнала на входе.

3.3.4 Синхронный детектор ам-сигналов

Синхронный детектор – преобразователь частоты, у которого гетеродин настроен точно на частоту сигнала.

Если подать амплитудно-модулированный сигнал на преобразователь частоты, то получим:

iвых(t)=U₀[1+M cosΩt] [S₀ cos(ω_Ct+φ_С)+1/2S₁cos (2ω_Сt+φ_С)+ 1/2S₁cosφ_С +…]

В ряде имеется постоянная составляющая 1/2S₁cosφ_С, зависящая от сдвига фазы между ω_Си ω_Г.

Поэтому имеется низкочастотная составляющая тока:

Iвыхнч(t)=1/2S₁U₀ [1+M cosΩt ]cosφ_С.

Таким образом синхронный детектор – это преобразователь частоты при условии ω_Г=ω_C

Для выделения полезного сигнала на выходе синхронного детектора включают фильтр нижних частот (обычно RC- цепи).

Из выражения для низкочастотного тока видно, что наиболее благоприятный случай, когда cosφ_С~1. Это возможно в том случае, если поддерживается фазовое соотношение между частотами гетеродина и сигнала, т.е. фаза гетеродина подстраивается таким образом, что быφ_С-φ_Г=0

Таким образом синхронный детектор должен иметь систему фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ)(рис.3.16). Как правило, синхронное детектирование выполняется на промежуточной частоте.

Рис.3.16. Синхронный детектор

Качественные показатели амплитудных детекторов зависит от амплитуды входных сигналов. Наиболее полно разработаны методы расчета для «сильных» и «слабых» сигналов при этом понятие «сильного» или «слабого» сигнала зависит от свойств применяемого нелинейного элемента.

Сигнал считается сильным по отношению нелинейного элемента, если его характеристику можно аппроксимировать линейными функциями, если нельзя, то сигнал считается «слабым» (рис. 3.17).

Рис.3.17. Аппроксимации характеристики нелинейного элемента

Среди нелинейных элементов чаще всего используется транзисторы и диоды.

Можно осуществить детектирование, подав АМ-сигнал на безынерционный нелинейный элемент и предусмотрев после­дующую фильтрацию низкочастотных составляющих спектра.

Рассмотрим схему так называемого коллекторного детек­тора,представляющего собой транзисторное устройство с нагрузкой в виде параллельнойRC-цепи. Для того чтобы нагрузочная цепь выполняла роль частотного фильтра, по­давляющего высокочастотные спектральные составляющие, потребуем выполнение неравенств

. (3.11)

Это означает, что для сигнала с частотой модуляции Ω нагрузка детектора практически резистивна и равна ,в то же время модуль сопротивления нагрузки, а значит, и коэф­фициент передачи системы на несущей частотепренебрежимо мал.

Пусть входное напряжение на базе транзистора

.

причем амплитуда достаточно велика для того, чтобы можно было воспользоваться кусочно-линейной аппроксима­цией вольт-амперной характеристики нелинейного элемента. Положим также для простоты, что и угол отсечки токанезависимо от изменения во времени амплитуды входного сигнала. Процессы в коллекторном детекторе ил­люстрируются графиками рис. 3.18.

Последовательность импульсов коллекторного тока ока­зывается промодулированной по амплитуде. Нулевая состав­ляющая тока медленно (с частотой ) изменяется во вре­мени, причем

.

Выходное напряжение детектора

, (3.12)

откуда коэффициент детектирования

(3.13)

Рис. 3.18. Осциллограммы токов и напряжений в коллекторном детекторе

Существенно, что здесь амплитуды сигналов на входе и на выходе связаны прямой пропорциональностью. Поэтому такой режим работы детектора принято называть линейным.Его отличительная черта — отсутствие искажений передаваемого сообщения.