Амплитудный детектор_300_text
.pdfГосудаоственпый Комитет Российской Зедеээпии ~по высшему образованию
Санкт-Петербургский государственный технический университет
Кафедра радиотехники
а:ш лтудны л дзтнктоР
Методические указания к лабораторной работе
Санкт —-ет лобv or
тлгуп " ' ~
Ссстзвиш^О.Н.Кланов, В.В.Исаев, С.Б.Макаров; под оелакцией Л. A.Miкона
УДК 621.396.7
Амплитудный детектор: ‘Методические указания к лабораторной работе/ Санкт-Петербургский гос.техн. университет; Сост.: С.К.Кланов, В.В. 1саев, С.Б.Макаров; под ред. Л.А.Кикнна. С .П .о., 1993.
Рассмотрены основные принципы детектирования ( демодуляции амплнтудно-мопулированных сигналов. Приводятся выражения для анализа работы диодных детекторов; рассматриваются особенности построения детекторов на транзисторах и синхронные амплитудные детекторы на интегральных микросхемах. Приводится описание.ла бораторной установки и руководство по выполнению раоотк. Пред назначены для студентов специальностей 23.01, 23 .02 9 выполняющих лабораторные работы по курсам "Устройства приема и обработки радиосигналов", "Радиотехнические устройства", а также могут быть использованы в общетехнических л специальных циклах под готовки бакалавров по направлению "Радиотехника".
Пл. 15 , |
Библиогр. 4, |
ТирАЖ |
5 0 . |
Печатается по решению редакционно-издательского Совета |
|||
Санкт-Петербургского государственного |
технического университета. |
||
Задача детектирования при приеме амплнтудно-мсдулирован-
нкх сигналов |
( XI сигналов |
) вида Uc (4)~ |
Ь1дмОО ics cOct |
, |
где |
||||||
U am W -IW |
[1 + м дм Х П ) ) |
, hOAM$ I |
- |
индекс м ед -л -д д ; Umc - |
|||||||
- |
амплитуда |
несущего колебания с частотой |
u ic |
|
, |
состоит |
в |
||||
воспроизведении формы модулирующего |
сообщения |
X |
|
( “t |
) с |
на |
|||||
именьшими искажениями. Спектр сообщения |
X |
( t |
) |
сосредоточен |
|||||||
в области низких частот ( частот модуляции |
), |
а |
спектр |
сигна |
|||||||
ла |
Uc ( t |
) - в области частоты |
. Требуемая |
при |
демодуля- |
||||||
пил трансформация спектра возможна только в устройствах, выпол няющих нелинейное или параметрическое преобразование входного
сигнала Uc ( *fc |
) |
[ |
I , |
2^ . |
|
|
|
|
|
|
|
||
Так, |
при |
использовании |
цепи, |
обладающей квадратичной |
ха- |
||||||||
ра кт зол стн кой,еыходной ток |
I |
= 6 * U C(4; ) имеет вид |
|
||||||||||
i - 6 |
UAlM (1 ) |
|
[о, S K?^5C^>.s(2 0 t - t ) ] ) |
|
|
||||||||
где ft' |
- |
постоянный |
коэффициент. |
|
|
|
|
||||||
После устранения |
'фильтром низкой частоты ( вПЧ ) состав |
||||||||||||
ляющей с частотой 2г&с получим |
|
|
|
|
|
|
|||||||
L - 0 , 5 - в |
и Х |
|
+2tV)AMX ^ |
+,ГЛАм |
. |
|
|||||||
В этом токе |
содержится |
требуемая |
составляющая BU^cX (t), |
а так |
|||||||||
же составляющая 0,5 -8 |
U^c |
|
|
; |
которая определяет степень |
||||||||
нелинейных искажений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Параметр'* |
; |
преобразование |
осуществляется |
путем умно |
|||||||||
жения U c |
Щ - |
' |
|
опорное |
колебание, |
имеющее вид |
U d ( i |
) = |
|||||
=К • C0S (60 |
ir). |
Результирующий |
процесс |
запишется следующим об— |
|||||||||
1Ч0 |
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разом:
г
иси ) 1 Ш ) = |
jo.s- + o,scos( 2 o c/i ) ] |
Составляющая |
с частота;: 2С0с |
устраняется |
Й1Ч и в результате |
формируется |
колебание вида 0,5 |
t ) • |
Отделяя далее посто |
янную составляющую, например, при помощи |
разделительного кон |
||
денсатора, получаем колебание |
вида .0,5 • |
rVlAMX(t)* |
|
пропорциональное |
передаваемому |
сообщению X |
( |
t |
). |
|
|
Основными характеристиками амшптудного детектора являются |
|||||||
следующие: |
|
|
|
|
|
|
|
Дет ект ооная |
ха так т етлстпка. представляющая |
|
собой зависи |
||||
мость постоянной |
составляющей |
Ц - |
выходного |
напряжения |
И Д,у |
||
от изменения амплитуды Ы^,с |
сигнала U c |
( -t |
) |
= U^t CoS |
(Ю,Ч). |
||
Уровень нелинейных искажений, |
имеющих место при детектировании, |
||||||
определяется видом детекторной |
характеристики. Последние |
тем |
|||||
меньше, чем выше линейность этой характеристики. По детекторной характеристике можно определить диапазон изменения UAM ( I .)*
при. котором |
нелпне,1ьне |
д скаженля не |
будут |
превышать определен |
||
ного |
предела. |
|
|
|
|
|
|
Коэффициент нел;нейных искажений является численной мерой |
|||||
нелинейных искажений при гармонической модуляции с частотой |
||||||
ГI |
= 2T F |
[ 2 ] •. |
|
|
|
|
|
|
|
- |
* ^ п л |
/ |
, |
где Uruo. - |
амплитуда П |
-ой |
гармоники низкочастотного сигнала |
|||
на выходе амплитудного детектора. |
|
|
||||
|
Коэффициент передача амплитудного детектора определяется |
|||||
при |
гармонической модуляции |
с частотой £ 1 |
отношением ^ 1 , 2] |
|||
iZz- tljL - амплитуда низкочастотного сигнала на выходе ампли тудного детектора.
частотной уя \ ■н'тазистлкол является завис'.месть iLx~ Кщнента передачи амплитудного детектора от частоты моду-
^.
Коэммщиент вольт ради и амплитудного детектора задается отвелением [ 4^
|
|
{<9 |
~ |
|
/ М \ О с |
|
|
|
|
|
» |
где |
- амплитуда |
И |
-ой гармоники высокочастотного колеба |
||
ния |
на выходе |
амплитудного |
детектора. |
||
|
Крутизна |
детекторной ха раите онст :ки, определяемая как про |
|||
изводная |
|
|
|
|
|
|
|
£ |
^ |
ol |
U fan |
|
|
А й |
~ |
d |
UMC |
Крутизна детекторной характеристики являетая безразмерной вели чиной и по аналогии с показателями любого усилительного узла характеризует передаточные свойства детектора*
Целью лабораторной работы являетая экспериментальное ис следование процесса детектирования AM сигналов, выполняемого на основе:
-диодного детектора;
-транзисторного детектора;
-синхронного детектора на основе аналогового перемножите-
дя.
k
2. УСТРОЙСТВО Л КРИШНЫ ДВлСТВ 'Л 'ЙОДНОГО ДПТЖТОРА.
Схема диодного |
детектора |
изображена на рпс.1. Входное |
|||||||||
высокочастотное |
колебание |
U c ( |
-t |
) поступает с контура уси |
|||||||
лительного |
каскада, |
к которому |
подключен детектор. Нагрузоч |
||||||||
ной цепью ( фильтром ), |
с |
которой |
снимается |
выходное |
колеба |
||||||
ние |
^ |
), |
является параллельное соединение кохнденсатора |
||||||||
С м |
и резистора Rw . К |
нагрузке детектора ( RhCu ) через |
|||||||||
разделительный конденсатор |
Ср |
подключен первый каскад |
усилите |
||||||||
ля низкой частоты ( УНТ ), |
имеющий |
эквивалентное входное |
со |
||||||||
противление |
R унч |
. Диод |
V D |
и нагрузочная цепь |
включены |
||||||
последовательно. Значение |
тока |
Lj |
в любой момент времени |
||||||||
может |
быть |
найдено |
из системы уравнений [ |
3 ! |
|
|
|||||
|
LJ _ |
i ( u , ) |
|
|
|
|
( |
D |
|
||
|
L| |
~ ^ &ix |
/ R |
H * |
|
|
|
|
|
||
Первое уравнение представляет собой уравнение ВАХ диода как |
|||||||||||
безинерционного |
нелинейного элемента. Лз-за |
нелинейного |
харак- |
||||||||
тера |
ВАХ форма |
тока |
через |
него |
ч |
не имеет |
синусоидального |
||||
|
|||||||||||
характера ( рас.-2 ). При этом в составе тока появляется посто
янная |
составляющая, которая, протекая |
по резистору R H , |
соз |
дает |
падение постоянного напряжения, |
смещающего положение |
рабо |
чей точки диода влево. Увеличение амплитуды входного напряжения
вызывает дальнейшее приращение постоянного напряжения Ы - |
на |
|||
нагрузочном резисторе R H |
и дальнейшее смещение рабочей |
точ |
||
ки |
влево. При этом ток через диод все больше будет приближаться |
|||
по |
форме |
к однополярным импульсам при положительных значениях |
||
входного |
напряжения, открывающих диод. В закрытом состоянии |
|||
We*/* (О
г
Рис.I. ихема последовательного диодного детектора.
б
д::од будет поддерживаться напряжением на нагрузочном конденса
торе Сц . Зормэ выходного |
напряжения |
будет |
определяться про |
|
цессами |
заряда и разряда конденсатора |
С и |
( рнс.З ). Процесс |
|
разряда |
конденсатора Си |
происходит |
значительно медленнее, |
|
чем процесс заряда ( сопротивление диода т открытом состоянии
меньше, чем в закрытом ).
Рассмотрим основные требования, которые должны предъявлять-
к
ся нагрузочной цепи. Во-первых, входное нацряжжнпэ должно прак
тически полностью прикладываться к диоду |
С Uc ^ Uy |
), |
для че |
||||||||||
го требуется выполнение |
условия |
Си » |
С j |
, где |
- |
емкость |
|||||||
диода, шунтирующая |
р - К. |
|
-переход* Зо-зторых, |
необходимо |
|||||||||
выполнение |
условия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ 3 » |
Си |
» |
|
— |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
RI .-^RH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R u |
- R m |
< < : |
R i . |
R h |
^ |
|
( |
2 |
) |
||
|
|
R;* + Ки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
R'l+ |
a R ' . |
- |
сопротивления |
диода в открытом |
и |
закры |
||||||
том |
состоянии* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависимость постоянной |
составляющей |
от амплитуды |
||||||||||
приложенного напряжения |
И Ыс |
дается детекторной |
характерис |
||||||||||
тикой ( рис*4 ). Если входной сигнал имеет амплитудную модуля цию, а напряжение на нагрузке повторяет изменение амплитуды
входного сигнала, то |
Ы = |
становится |
пункцией времени и повто |
||
ряет |
закон модуляции |
входного сигнала* При этом могут возни |
|||
кать |
нелинейные |
искажения, вызванные нелинейностью детекторной |
|||
характеристики* |
Степень нелинейности характеристики зависит от |
||||
параметров нагрузочной цепи |
£ и С и |
• |
|||
м =
7
me
Рис.4 .Детекторная характеристика диодного детектора.
и) -fc
Ркс.6. Форма зарядно-разрядного процесса при детекти ровании в режиме “сильных” сигналов.
|
з . |
а б а б к з работы |
д ладного д з г ж т о р а . |
|
|
|
||||||||
|
Водът-амперкая характеристика полупроводникового пнода |
|
||||||||||||
в широком диапазоне токов достаточно точно |
аппрокснч :вуегся |
|||||||||||||
экспонент:: опальной |
зависимостью |
^2*]’; |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
; |
- т |
|
4>т Wi |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Г е Тт |
* -4 Л |
|
|
( 3 |
) |
||||
|
|
|
|
$ |
' - ° s |
^ |
|
|
|
|
|
|||
где |
|
- |
обратный |
ток диода |
( |
см. рис.2 |
), |
к Т |
- |
|||||
- термический потенциал, равный при Т=293°К |
примерно |
4СВ~^ . |
||||||||||||
Как следует из рнс.1, напряжение |
на диоде при гармокеческом |
|
||||||||||||
входном |
сигнале |
U с |
( |
4: |
) |
= Umc £^S(Oc t |
равно: |
|
||||||
|
|
|
U, |
' |
и** |
c o s t i c i |
+ U - |
, |
|
|
|
|||
где |
U - |
= - Г - RH |
|
, |
так |
как |
постоянное |
напряжение |
создает |
|||||
на |
аноде диода отрицательное |
смещение, |
подставляя ^ 4 |
) в ( |
3 ) |
|||||||||
и используя |
разложение |
колебания |
I j |
т |
) с поморью функций |
|||||||||
Бесселя |
|
( х ) |
, |
получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Выделим в |
( |
5 |
) |
следующие |
компоненты токов: |
|
||
|
- постоянного, соответствующего амплитуде входного |
|
||||||
колебания |
|
И ыс |
: |
|
|
|||
t |
Д |
^ |
г |
|
HVUr |
|
|
|
[ е |
т |
; |
( е ) |
|||||
|
|
- |
Cl |
|||||
- песеменного с частотой п>