7.2.3 Режим слабого сигнала
Рис.7.6
В режиме слабого
сигнала рабочая точка (точка А на
рис.7.6) находится на нижнем квадратичном
участке вольтамперной характеристики.
Амплитуда входного сигнала
при этом очень мала и диод работает
практически без отсечки тока.
В этом случае ток диода является функцией следующего вида
,
(7.20)
где
- малая величина,
так как
и
.
Представляя выражение для тока диода в виде ряда Тейлора, получим:
где SА – крутизна характеристики диода в рабочей точке.
Ток диода представляет
собой сумму постоянных составляющих и
составляющих на частоте несущей
,
причем:
(7.21)
(7.22)
На основании (7.7)-(7.10) внутренние параметры диодного детектора в режиме слабого сигнала определяются как частные производные:
,
(7.23)
,
(7.24)
,
(7.25)
.
(7.26)
Для анализа
детекторной характеристики воспользуемся
(7.22), откуда при
следует
.
(7.27)
Так как
,
(7.28)
то
.
(7.29)
Из (7.29) следует вывод о квадратичном характере детекторной характеристики в режиме слабого сигнала.
Вольтамперная характеристика диода хорошо аппроксимируется экспоненциально зависимостью
,
(7.30)
где
- температурный потенциал, при комнатной
температуре.
На основании (7.30) получаем
,
(7.31)
,
(7.32)
тогда внутренний коэффициент усиления (7.13) с учетом (7.25), (7.26), (7.31), (7.32)
.
(7.33)
При
и
внутренний коэффициент усиления в
режиме слабого сигнала также
и поэтому коэффициент передачи детектора
(7.34)
в этом режиме очень мал, так как он прямо пропорционален амплитуде входного сигнала.
Задаваясь значением
внутреннего коэффициента усиления,
можно оценить уровень входного сигнала
,
который является границей режима слабого
и сильного сигналов. Например, при
из (7.33) следует, что
.
Входное сопротивление детектора, как следует из рис.7.7 равно
Рис.7.7
.
После подстановки внутренних параметров, считая , получаем:
.
(7.35)
Если
выполняется условие
,
то
.
Таким образом входное
сопротивление детектора в режиме слабого
сигнала очень мало и фактически
определяется внутренним сопротивление
открытого диода в рабочей точке А.
Нелинейные искажения низкочастотного сигнала при работе на квадратичном участке обусловлены, как это следует из (7.29) появлением второй гармоники низкочастотного сигнала в соответствии с выражением:
,
откуда следует, что коэффициент гармоник равен
(7.36)
и при глубине модуляции 80% могут теоретически достигать 20%.
Остаток несущей на выходе детектора определяется величиной емкости:
.
Коэффициент фильтрации высокочастотного напряжения на выходе детектора
.
Рис.7.8
Таким образом, коэффициент фильтрации тем больше, чем больше величина емкости нагрузки, частота несущей входного сигнала и внутреннее сопротивление диода. Дело в том, что эквивалентная схема детектора представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ) первого порядка как показано на рис.7.8.
Очевидные недостатки режима слабого сигнала не позволяют использовать его в современных РПрУ.