§ 51. Детектування сигналу.

Детектуванням називається процес перетворення високочастотного модульованого сигналу в низькочастотний сигнал, який змінюється по закону модуляції. Детектором називається пристрій який виконує процес детектування. Тип детектора визначається видом модуляції приймає мого сигналу. Розрізняють амплітудні, частотні і фазові детектори. У радіоприймальній апаратурі широко застосовують амплітудні детектор. Призначені для перетворення модульованого високочастотного сигналу в низькочастотний сигнал, рівень якого міняється за законом модуляції. Ці детектори відрізняють простотою конструкції, малим коефіцієнтом спотворень і непоганою чутливістю. Суттєвість процеса детектування амплітудно-модульованих коливань полягає в тому, що обвідна високочастотних коливань виділяється за допомогою випрямлення й наступного її згладжування. Розглянемо принцип дії амплітудного детектора послідовного типу (мал.254, а). З останнього каскаду ППЧ на смуговий фільтр LI,L2,CI надходить високочастотна напруга (проміжна частота 465 кГц). Послідовно з котушкою зв’язку L2 включено напівпровідниковий діод VD, який служить детектором, R – опір навантаження. Якщо на діод починає поступати коливання несучої частоти з постійною амплітудою. То в колі детектора почне протікати імпульсний струм. Постійна складова струму проходить через опір R, змінні складові – через конденсатор фільтра С2. Постійна складова струму створює на опорі R постійне падіння напруги. При надходженні на вхід детектора амплітудно-модульованих коливань ( мал. 254, б) змінення амплітуди високочастотної напруги викликає пропорційне змінення висоти імпульсів струму і, відповідно, змінення величини постійної складової по закону моделюючого сигналу. На опорі навантаження R при цьому з’являється напруга, яка відповідає згинаючій вхідного високочастотного сигналу (мал. 254, г). Із цього можна зробити висновок, що призначення напівпровідникового діода полягає в перетворенні вхідного сигналу, таким чином, щоб в ньому з’явилась постійна складова, яка змінюється по закону згинаючої амплітуд. Якість роботи детектора оцінюється декількома показниками. Коефіцієнт передачі детектора – відношення вихідної напруги до найбільшого приросту амплітуди вхідного сигналу, викликаному модуляцією. Кп=Uвих/mUn, де U вих – вихідна напруга: m=Um/Uh – коефіцієнт модуляції. Частотні спотворення детектора визначають його частотні характеристики, тобто залежність передачі Кп від частоти модульованого сигналу £m при постійному коефіцієнті модуляції m. На ступінь частотних спотворень має вплив величина ємності конденсатора фільтра С2. Частотні спотворення можна звести до мінімуму при виконані умови

Нелінійні спотворення можуть виникнути по декільком причинам: не лінійність динамічної характеристики діода особливо при невеликих вхідних напругах і впливу С2. Для зменшення впливу нелінійності характеристики необхідно на вхід детектора подавати високочастотний сигнал з такою амплітудою, щоб детектор робив на лінійному участку. Якщо величина ємності конденсатора С2 дуже велика, це теж може стати причиною значних нелінійних спотворень. Ступінь нелінійних спотворень зростає при збільшенні коефіцієнта модуляції. Вплив блокую чого конденсатора на ступінь спотворень пояснюється тим, що при великій ємності С2 розряд конденсатора через опір R відбувається дуже повільно і напруга на його обкладинках запізнюється відносно змінення амплітуди вхідного сигналу. Допустимі нелінійні спотворення одержують при виконанні умов

Wm max C2R

Вибирати малу ємність С2 теж недоцільно, тому що вона може стати порівняною з величиною між електродної ємності С ак діода VD і на С2 виділяється значна частка вхідного високочастотного сигналу. Сигнал, який підводиться, практично буде повністю прикладене до діода при умові

, де Сак – між електродна ємність діода. Блокуюча ємність С2 в приймачах, як правило, складає 100…200 пф. Схема детектора з послідовним включенням діода (мал.254) застосовується в тому випадку, коли немає небезпеки в попаданні на діод постійної напруги.

Якщо контур LC заходиться під постійною напругою, та застосовується схема з паралельним включенням діода по відношенню до навантаження (мал.255) Дякуючи наявності конденсатора С2 постійна складова напруги на діод VD не поступає. Високо частотна змінна напруга проходить через конденсатор С2 і виділяється на резистор R1. Фільтрація високочастотної складової здійснюється Г- подібним фільтром R2,C3. На мал.256 зображено схему двоконтактного амплітудного детектора. Тут детектування здійснюється на протязі обох півперіодів високочастотного сигналу. За допомогою цього детектора точніше відтворюється форма обвідної. На навантаженні відсутня перша гармоніка високої частоти, що дозволяє використовувати його в тих випадках, коли вища частота модуляції порівняна з частотою несучої.

Схему діодного детектора ( схема діодного інтегратора) (мал.257) застосовують при малих провідностях навантаження. При малій ємності С2 вхідний опір такого детектора достатньо великий, що дозволяє виключити застосування узгоджувальних трансформаторів високої частоти. Частотні детектори. Приймачі частотно-модульваних коливань відрізняються від схем приймачів амплітудно-модульваних коливань тим, що в них застосовуються декілька блоків, які виконують своєрідну функцію. Одним з таких пристроїв є частотний детектор. Частотний детектор призначений для перетворення модульованого по частоті високочастотного сигналу в низькочастотний, який змінюється по закону модуляції. Процес частотного детектування фактично складається з двох процесів: перетворення ЧМ в АМ і детектування амплітудно-модульованих коливань. Пристрій, в якому суміщені перетворювач ЧМ в АМ з амплітудним детектором, називається фазовим дискримінатором. (мал.258). До коливального контуру LICI підводяться частотно-модульвані коливання. Зв'язок між контурами LICI і L2С3 подвійний: високочастотна напруга подається через конденсатор С2 в середню точку контурів L2 I L3, а також між котушками LI і L2 L3 існує індуктивний зв'язок. Дросель L4 підключено паралельно контуру LICI. Напруга U1, яка діє на дроселі, прикладена до діодів VDI і VD2 в однаковій фазі, а напруги U1 і U2 завжди будуть знаходитися в проти фазі.

Припустимо, що розстрочка Δ£ дорівнює нулю (мал. 259, а) ЕРС взаємоіндукції Е2, яка наводиться на котушці L3, знаходиться в протифазі відносно U1. В зв’язку з тим, що контур L2L3C3 настроєно в резонанс, то контурний струм Ik збігається по фазі з E2. Струм Ik, проходячи через котушки L2 і L3 створює на їх половинках падіння напруги U1 і U2, які зсунуті по фазі струму Ik на 90 градусів. Напруги U1 і U2 між собою зсунуті по фазі на 180 градусів. Напруга, яка підводиться до діода VDI, визначається як сума векторів U1 і U1, а напруга до VD2 – як сума векторів U2 і U1. З діаграми бачимо, що напруги. Які підводяться до діодів VD1 і VD2 однакові, тому U вих = 0. Векторна діаграма для випадка позитивної розстройки контуру (мал. 259, б) відрізняється від розглянутої перед цим тим, що струм Ik зсунуто по фазі відносно E2 на кут φ (в даному випадку контур L2L3C3 чине опір індуктивного характеру). Вектор напруги діода VD1 більше, ніж вектор напруги на діоді VD2 і. отже, полярність вихідної напруги – позитивна. Векторна діаграма (мал. 259, в) відповідає негативній розстрочці контура L2L3C3. Типова характеристика дискримінатора показана на мал. 260.

Таким чином, на виході схеми дискримінатора виникає змінна напруга. Змінення якої відповідає зміненню частоти вхідного сигналу. Високочастотні коливання, модульовані по частоті, перетворюються в коливання звукової частоти, і відповідають тому звуку, який впливав на мікрофон передавача. Далі напруга звукової частоти підсилюється на навантаження (гучномовець). Великою перевагою приймачів частотно - модульваних коливань являється можливість застосування амплітудного обмеження, що значно зменшує вплив перешкод. Недолік частотної модуляції полягає в тому, що передавач випромінює дуже широку смугу частот. Отже , широку смугу пропускання ( 150…250 кГц) повинен мати і приймач ЧМ.