61. Физическая сущность процесса детектирования амплитудно-модулированных сигналов

В радиоприемниках часто используют диодное детектирование. Это значит, что в составе амплитудного детектора имеется диод, к которому подводится исходный подлежащий детектированию сигнал.

Пусть на вход детектора поступает ВЧ немодулированный сигнал (рис. 2.3-а) u_вх(t)=U_mвхcost.

Считаем, что диод является идеальным, в частности сопротивление диода в прямом направлении равно нулю, а в обратном – бесконечности, диод обладает односторонней проводимостью.

В этом случае ток, протекающий через диод будет иметь им-

а) б)

Рисунок 2.3. Детектирование немодулированного колебания

пульсный характер (рис. 2.3-б). Полученная периодическая негармоническая последовательность может быть представлена в виде ряда Фурье

i=I₌+I₁cost+ I₂cos2t+ ...,

где I₌  постоянная составляющая или среднее значение выпрямленного тока.

Величина I₌ не изменяется от периода к периоду исходного воздействия.

П усть на вход детектора поступает высокочастотный модулированный по амплитуде сигнал (рис. 2.4-а) u_вх(t)=U_(1+cost)cost

В этом случае среднее значение тока, протекающего через диод за период высокочастотного воздействующего колебания, изменяется от периода к периоду исходного сигнала (рис. 2.4-б). Такой электрический ток можно представить в виде суммы постоянной составляющей, неизменной во времени и составляющей тока низкой частоты (рис. 2.4-в). Низкочастотная компонента тока изменяется по закону огибающей АМ-сигнала, выделение полезной информации осуществляется без искажений. Для реализации появившейся низкочастотной составляющей тока нужно включить нагрузку. На нагрузке выделяется напряжение низкой частоты (рис. 2.4-д). Включение колебательного контура нецелесообразно, он громоздок, т.к. нужно выделить низкую частоту. Кроме того, в процессе детектирования нужно выделить полосу частот, ограниченную верхней модулирующей частотой F_в, а колебательный контур в области низких частот будет характеризоваться узкой полосой пропускания.

1.4 Схемы диодных детекторов Различают последовательную (рис. 2.5) и параллельную (рис. 2.6) схемы построения диодных детекторов.

В последовательной схеме источник сигнала, диод, нагрузка включены последовательно. Такая схема применяется, если постоянная составляющая тока детектора может замыкаться через источник переменного тока.

УПЧ

30

Рисунок 2.6. Принципиальная схема параллельного АМ-детектора

Для снижения коэффициента фильтрации обычно нагрузку разделяют. Однако разделение нагрузки влечет за собой снижение коэффициента детектирования. Сопротивление нагрузки берут из соображений нешунтирования колебательного контура, являющегося источником высокочастотного АМ-сигнала. Для последовательного детектора

R_вх=R_н/2.

В схеме последовательного детектора нагрузка детектора шунтируется емкостью для устранения проникновения высокочастотного колебания в усилитель низкой частоты, следующий за детектором. Ток, протекающий через диод, пропорционален подведенному к диоду высокочастотному напряжению. Поэтому все напряжение, снимаемое с источника высокой частоты, нужно без потерь подвести к диоду. В этом состоит второе назначение емкости. При ее отсутствии были бы потери высокочастотного сигнала на нагрузке.

Низкочастотная составляющая тока должна протекать через сопротивление нагрузки, а высокочастотные компоненты тока должны протекать перед шунтирующую нагрузку конденсатор, не создавая (в идеальном случае) напряжения высокой частоты, поступающие в дальнейшем в усилитель низкой частоты. Поэтому величины обсуждаемых элементов нужно выбирать из соотношения

1/C<<R_H<<1/_BC,

где _B – верхняя модулирующая частота.

Если величина 1/_BС будет мала, то это повлечет за собой завал верхних модулирующих частот (рис. 2.7)

F

Рисунок 2.7. Зависимость напряжения низкой частоты на выходе детектора от частоты модулирующего сигнала: а) С=С₁; б) С=С₂<С₁.

Параллельная схема диодного детектора применяется, если постоянная составляющая не может замкнуться через источник высокочастотного сигнала. В этом случае источник высокочастотного АМ- сигнал, диод, нагрузка включены параллельно (рис. 2.6). Особенности параллельного детектора: 1. Разделены пути переменной и постоянной составляющих токов; 2. В детекторе отсутствует фильтрация высокочастотного сигнала, он полностью поступает на выход детектора, т.е. К_ф=1. Чтобы не пропустить высокочастотные компоненты на вход усилителя низкой частоты, после детектора включают фильтр R_фC_ф (рис. 2.6). Высокочастотное напряжение в основном выделяется на резисторе R_ф, низкочастотное напряжение выделяется на конденсаторе С_ф.

В транзисторных радиоприемниках нагрузкой детектора служат не только сопротивление R_H, но и входное сопротивление первого каскада УНЧ, величина которого невелика. Поэтому сопротивление нагрузки детектора берут небольшим, порядка нескольких кОм. Это резко уменьшает входное сопротивление детектора. Чтобы уменьшить шунтирующее действие входного сопротивления детектора на колебательный контур, являющийся источником высокочастотного модулированного колебания, применяется неполное включение детектора в цепь колебательного контура УПЧ (рис. 2.6).