3. Детектування. Діодині детектори ам сигналів. Нелінійні і частотні спотворення

Ця нелінійна операція - зворотня амплітудній модуляції, тобто на вхід детекторного пристрою надходить АМ сигнал, а на його виході повинно бути отримана низькочастотна напруга сигналу повідомлення. В якості вихідного фільтра детектора використовують фільтр нижніх частот, причому його гранична частота Ω_гр=1/RC повинна бути не меншою за Ω_max .

Якість детектора оцінюється рядом параметрів: коефіцієнт передачі напру­ги k= (8), де U_Ω - амплітуда напруги низької частоти на виході детектора; mU_m - максимальна зміна амплітуди напруги несучих коливань і коефіцієнт нелінійних спотворень k_г= (9). Розрізняють квадратичне і лінійне детектування.

Квадратичне детектування - це детектування слабого сигналу. Розглянемо квадратичне детектування на діоді. Робочу дільницю діода в та­кому випадку можна апроксимувати квадратичним поліномом i=I_a0+aU+bU² При дії АМ сигналу U_АМ= U_АМ сos ω₀ t= U₀(1+ m сosΩt) сos ω₀ t спектральний склад струму в діоді визначається виразом

i=I_a0+a U_АМ сos ω₀ t +b U²_АМсos ²ω₀t= I_a0+і_ω+ і_ω±Ω+і_Ω+ і_2Ω+ і_2ω+ і_2ω±Ω+ і_2ω±2Ω (10) звідки можна бачити, що відбувається приріст постійної складової струму. Струм діода має також високочастотні і низькочастотні спект­ральні складові;

і_Ω+ і_2Ω= bU²₀ m сos Ωt+ (11)

Перший доданок (11) відтворює сигнал повідомлення (корисний сигнал)

Параметри фільтра повинні задовольняти умову

, , (12)

Напруга на фільтрі у випадку слабкого радіосигналу:

(13)

Мал. 7

Амплітуда напруги частоти згідно (13), пропорційна, тому детектування і наз. квадратичним. Коеф. передачі квадратичного де­тектора

(14)

залежить від амплітуди несучих коливань, тому при слабких сигналах він малий. Коеф. нелінійних спотворень . На практиці квадра­тичне детектування реалізується тільки в транзисторних схемах, де необхідно одночасно отримати й підсилення сигналу. Ці схеми низької якості і використовуються тільки в тих випадках, коли важливо мати мінімальне число деталей радіопристрою.

На практиці широко використовується лінійне детектування - тобто детектування сильного сигналу. На мал.8 подана схема для випадку , тобто коли опір навантаження не шунтує опір RС-фільтра. При позитивній напрузі на діоді в анодному колі виникає струм І , форма якого подана на мал.7. Високочастотні імпульси струму мають складний спектральний склад. Низькочастотна складова струму дорівнює середньому за період значенню випрямленого струму :

(15)

У вузькій смузі частот опір RС-фільтра максимальний і дорівнює R; тоді

(16)

Так як напруга на фільтрі (мал. ,б) , напруга на діоді буде рівною . Форма напруги на діоді подана на мал. . Із (18) слідує, що при сильному вхідному сиг­налі, вихідна напруга детектора пропорційна амплітуді несучих коливань

У відповідності із (18) коефіцієнт передачі детектора (19) не залежить від амплітуди коливань і в області нижніх частот звукового діапазону не залежить від частоти:

(20)

Однак, опір фільтра дорівнює R тільки у вузькій смузі частот поблизу ; із підвищенням частоти зменшується, що призводить до зменшення коефіцієнта передачі детектора K.

При малому вхідному опорі наступного каскаду і великих коефіцієнті модуляції m можуть виникати нелінійні кореляції сигналу.

Розглянута система детектора має простіший фільтр. Його опір зменшується із зростанням частоти модуляції , що призводить до зменшення вихідної напруги на верхніх частотах сигналу повідомлення, тобто частотних спотворень. Для забезпечення рівномірності частотної характеристики детектора в широкому інтервалі частот використовуються різні види корекції.