Міністерство освіти та науки України

Житомирський державний технологічний університет

Кафедра РТ і Т Група РТ-15

Лабораторна робота №4

Дослідження аналогових електронних амплітудних детекторів

Виконав Дубінчук В.Є.

Перевірив Ципоренко В.В

Житомир 2012

Мета: Експериментальне дослідження принципів функціонування та основних властивостей пасивних та активних аналогових електронних амплітудних детекторів.

Теоретичні відомості

Детекторами називають пристрої, за допомогою яких із електричних сигналів виділяється інформаційна складова. В залежності від параметру, який перетворюється детектором і несе інформацію в сигналі, детектори розділяють на амплітудні, фазові , частотні.

Амплітудні детектори (АД) прийнято розділяти на детектори середньовипрямленого, максимального та діючого (ефективного) значень рівня сигналу.

Детектори середньо випрямленого значення реалізується по схемам звичайних пристроїв випрямлення з урахуванням того, що вихідний сигнал повинен бути точно пропорційним відповідному параметру вхідного.

Перетворювачі електричних сигналів, вихідна напруга яких дорівнює максимальному значенню модуля вхідного сигналу, називають амплітудними або екстремальними детекторами.

Детектори діючого або ефективного значень перетворюють вхідний сигнал у вихідну напругу, яка дорівнює

,

(4.1)

де – коефіцієнт пропорційності.

Особливістю цих детекторів є те, що їх вихідна напруга не залежить від форми і частоти вхідного сигналу при постійному його діючому значенні.

Серед амплітудних детекторів виділяють схеми з відкритим і замкненим входами.

В детекторах з відкритим входом вихідний сигнал пропорційний сумі постійної і максимального значення змінної складової вхідної напруги. В детекторах із замкненим входом міститься розділюючий конденсатор, що зумовлює пропорційність вихідного сигналу тільки змінній складовій вхідного.

Варіанти схем пасивних АД наведено на рис. 4.1 – рис. 4.4.

Спільною умовою їх нормальної роботи є велике значення опору навантаження R_Н, а також не велике значення постійної часу заряду конденсаторів. В цьому випадку забезпечуються умови , де Т – період вхідного сигналу, R_вх – вхідний опір детектора. За цих умов конденсатори за час однієї (або декількох) на півхвилі вхідної напруги заряджаються до максимального значення вхідного сигналу, а в проміжках часу між інтервалами заряджання напруга на них майже не змінюється завдяки великій сталій часу кола розряджання .

Інтервал часу, впродовж якого вхідні діоди відкриті і конденсатор заряджається характеризується так званим кутом відсічки 2 , який в свою чергу залежить від постійних часу кіл заряду і розряджання конденсатора, а також від форми сигналу. Для екстремальних амплітудних детекторів справедливе співвідношення:

,

(4.2)

де ;

;

– амплітуда синусоїдальної напруги;

– постійна складова вхідного сигналу.

Для зменшення рівня пульсації вихідної напруги АД до його виходу підключають фільтр нижніх частот або другий детектор з відкритим входом, рис. 4.3.

Для отримання вихідної напруги, що дорівнює розмаху вхідної використовують схеми, варіант яких наведено на рис. 4.4. У такого детектора вихідна напруга дорівнює .

Недоліки пасивних детекторів: низька чутливість; великі похибки при обробці низькочастотних сигналів.

Для зменшення похибок АД в діапазоні частот до 100кГц і більше широко використовують активні АД на основі операційних підсилювачів, рис. 4.5.

Для схеми на рис. 4.5 вплив на вихідний сигнал порогової напруги діода VD2 зменшується в (1+ ) разів, а постійна часу кола зарядки дорівнює , де – коефіцієнт підсилення операційного підсилювача. В схемі ри. 4.5 діод VD1 забезпечує підвищення швидкодії за рахунок зменшення заряду на бар’єрній ємності діода VD2, але його не можна використовувати без кола захисту операційного підсилювача від короткого замикання.

Опис лабораторної установки:

В лабораторній роботі використовуються модулі з ОП, набірне поле, набір змінних резисторів, ємностей та діодів, електронно-променевий осцилограф С1-83 або С1-68, генератор вимірювальних сигналів зі змінною формою сигналів, джерело живлення постійної напруги . Схеми для дослідження властивостей АД відповідно з відкритим та закритим входами зображено на рис. 4.1, рис. 4.2.

Рис. 4.1

Рис. 4.2

Схеми для дослідження властивостей АД з каскадним включенням схем із закритим та відкритим входом зображено на рис. 4.3. Схеми для дослідження властивостей АД розмаху зображено на рис. 4.4.

Рис. 4.3

Рис. 4.4

Активну схему досліджуваного АД зображено на рис. 4.5

Рис. 4.5

Порядок виконання роботи.

1. Ознайомитись з лабораторною установкою та методичними вказівками.

2. Перевірити працездатність та відкалібрувати прилади, що використовуються в робочому лабораторному місці.

3. Зібрати коло для дослідження властивостей пасивного АД, рис. 4.1

4. Дослідити функціональні можливості амплітудного детектора, принцип його роботи та точність детектування в залежності від частоти, амплітуди вхідного гармонічного сигналу, ємності конденсатора С₁, величини навантаження R_Н. Для цього зняти осцилограми вхідного і вихідного сигналів АД для різних варіантів співвідношень вказаних параметрів.

5. Виконати дослідження за програмою п. 4. для схеми АД, рис. 4.2.

6. Виконати дослідження за програмою п. 4. для схеми АД, рис. 4.3.

7. Виконати дослідження за програмою п. 4. для схеми АД, рис. 4.4

6. Зібрати коло для дослідження властивостей активного АД, рис. 4.5

7. Дослідити принципи роботи, функціональні властивості та точність детектування активного АД, рис. 10, в залежності від амплітуди і частоти вхідного гармонічного сигналу, ємності конденсатора С, номіналів опорів R₁ та R₂, а також від величини опору навантаження R_Н. Для цього зняти осцилограми вхідної та вихідної напруг детектора при зміні вказаних параметрів.