7.2.1 Диодные детекторы ам.

Среди полупроводниковых АД наибольшее распространение имеют детекторы на полупроводни­ковых диодах, так как они менее склонны к перегрузкам и не требуют источников питания.

По способу включения диода и нагрузки различают последовательную схему (рис.7.2,а) и параллельную схему (рис.7.2,б) диодного детектора.

а

б

Рис.7.2

Источником сигнала детекто­ра является выходной контур последнего каскада УПЧ либо УРЧ (для РПУ прямого усиления), индуктивно связанный посредством L_св. с входной цепью детектора. Полупроводниковый диод VD выполняет роль нелиней­ного преобразователя, а R_нC_н-нагрузка - фильтрующей системы.

Входное сопротивление желательно увеличивать во избежание шунтирую­щего действия АД на колебательный контур L_kC_k . Для допустимого 25%-го снижения добротности при подключении АД к контуру коэффициент включения

где R_0e - резонансное сопротивление ненагруженного контура, равное .

В зависимости от уровня входного сигнала возможны два режима работы диодного детектора: квадратичный (режим слабого сигнала) и линейный (режим сильного сигнала).

Физические процессы, происходящие при детектировании рассмотрим на примере последовательной схемы АД.

Во время положительной полуволны входного сигнала конденсатор С_н заряжается практически до амплитудного значения с постоянной времени заряда , где - внутреннее сопротивление открытого диода. Когда входное напряжение становится меньше выходного, диод закрывается и конденсатор С_н разряжается с постоянной времени (малым обратным током диода можно пренебречь). Так как выбирается , то за время действия запирающего диод напряжения конденсатор не успевает разрядиться на значительную величину. По этой причине выходное напряжение практически повторяет огибающую амплитудно-модулированного входного сигнала.

Рис.7.3

Односторонняя проводимость диода приводит к изменению спектрального состава сигнала, поэтому отклик фильтруется.

7.2.2 Эквивалентная схема ад

Представим детектор в виде нелинейного четырехполюсника с некоторым набором внутренних параметров (рис.7.4.)

Рис.7.4

В общем случае связь между входными и выходными сигналами нелинейна и записывается выражениями:

, (7.5)

. (7.6)

Первое соотношение представляет собой уравнение колебательных характеристик, второе – уравнение характеристик выпрямления.

При малых изменениях входного напряжения приращения входного и выходного токов можно принять равными полным дифференциалам в соответствии с выражениями

, (7.7)

. (7.8)

При этом частные производные по аналогии с системой уравнений для усилительного четырехполюсника представляют собой внутренние параметры детектора:

, (7.9)

. (7.10)

Система уравнений, также как и в случае с ПЧ, формальна. Это связано с тем, что первое уравнение определяет приращение тока на частоте несущей полезного сигнала. Второе уравнение – в низкочастотной области.

Графы проводимости и сигнальный детектора представлены на рис.7.5

Рис.7.5

Основными параметрами АД являются:

1) входная проводимость детектора

, (7.11)

2) выходная проводимость детектора

, (7.12)

3) внутренний коэффициент усиления детектора

, (7.13)

где -внутреннее сопротивление детектора;

4) коэффициент передачи детектора

, (7.14)

5) нелинейные искажения сигнала,

6) коэффициент фильтрации – отношение амплитуды входного напряжения к амплитуде напряжения высокой частоты на выходе:

. (7.15)

В детекторе, работающем на нагрузку

, (7.16)

Подставляя (7.16) в (7.10), получим

(7.17)

или

. (7.18)

При наличии модуляции и приращение входного сигнала равно , причем m<<1 (из-за малости приращения ). Это позволяет записать

. (7.19)

Выражение (7.19) позволяет оценить поведение детекторной характеристики при различных режимах работы детектора. Детекторная характеристика представляет собой зависимость приращения постоянной составляющей тока детектора от амплитуды входного напряжения .