22.Назначение, основные характеристики и требования, предъявляемые к амплитудным детекторам. Последовательный диодный детектор в режиме детектирования сильных и слабых сигналов

Амплитудные детекторы предназначены для неискаженного воспроизведения огибающей АМ сигнала.

Основные требования, предъявляемые к амплитудным детекторам:

1. Минимальные линейные и нелинейные искажения выходного сигнала;

2. Минимальные высокочастотные пульсации выходного напряжения;

3. Большое входное сопротивление;

4. Большой коэффициент передачи.

Классификация:

• по принципу действия

1. Нелинейные детекторы,

2. Линейные детекторы с периодически изменяющимися параметрами (синхронные детекторы),

• по типу детектирующего элемента:

1. Детекторы на невзаимных детектирующих элементах (транзисторные, на ОУ),

2. Детекторы на взаимных детектирующих элементах (диодные).

• по виду цепи невзаимного детектирующего элемента, в которой происходит

детектирование:

1. Эмиттерный,

2. Коллекторный,

3. Стоковый,

4. Истоковый

Детекторной характеристикой амплитудного детектора называется зависимость приращения постоянного напряжения на нагрузке детектора, вызванного действием входного сигнала, от амплитуды напряжения входного немодулированного сигнала (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1- Детекторная характеристика амплитудного детектора и ее использование

для определения коэффициентов передачи и выходного сигнала

По детекторной характеристике определяются коэффициенты передачи детектора для немодулированного и модулированного сигналов

,

где - приращение напряжения на нагрузке при действии на входе немодулированного синусоидального сигнала с амплитудой , - амплитуда первой гармоники выходного низкочастотного напряжения, изменяющегося с частотой модуляции , m – коэффициент глубины модуляции входного АМ сигнала при синусоидальном законе модуляции.

Важной характеристикой детектора является его входное сопротивление.

Входным сопротивлением детектора называется отношение амплитуды входного немодулированного сигнала к амплитуде первой гармоники входного сигнала с частотой несущей

.

Последовательный амплитудный диодный детектор в режиме детектирования сильного сигнала

Принципиальная схема детектора приведена на рисунке 5.2. Детектор состоит из полупроводникового диода, резистора и конденсатора нагрузки и . Входное напряжение подается на детектор через трансформатор, а выходное снимается через разделительный конденсатор.

Рисунок 5.2 – Последовательный диодный детектор

Принцип работы детектора можно рассматривать, исходя из временных или спектральных представлений. На рисунке 5.3 показан немодулированный входной сигнал детектора и напряжение на нагрузке детектора.

Рисунок 5.3 – Напряжения на входе и выходе амплитудного детектора

В положительный полупериод входного сигнала диод открыт, конденсатор быстро заряжается через малое сопротивление открытого диода. Постоянная времени заряда . В отрицательный полупериод входного сигнала диод закрыт, конденсатор медленно разряжается через относительно большое сопротивление нагрузки. Постоянная времени разряда . Чем больше постоянная разряда по сравнению с постоянной заряда, тем меньше пульсации выходного напряжения с частотой несущей входного сигнала. В идеальном случае постоянной амплитуде входного сигнала должно соответствовать постоянное напряжение на нагрузке.

Для определения детекторной характеристики и коэффициента передачи детектора воспользуемся спектральными представлениями.

В режиме детектирования сильного сигнала можно воспользоваться грубой линейно-ломаной аппроксимацией вольтамперной характеристики диода, представленной на рисунке 5.4,

, (5.1)

где S – крутизна нарастающего участка вольтамперной характеристики.

Из схемы детектора видно, что к диоду прикладываются паременное напряжение входного сигнала с амплитудой и напряжение на нагрузке , которое является подзапирающим для диода. Из рисунка 5.4 следует, что

. (5.2)

Рисунок 5.4 – Вольтамперная характеристика диода и временные диаграммы вход

ного напряжения и тока диода в режиме детектирования сильного сигнала

Подставляя последнее соотношение в (5.1), получим

Используя последнее соотношение, определим постоянную составляющую тока диода

Напряжение на нагрузке равно

.

Используя наряду с последним соотношением выражение для из (5.2), получим трансцендентное уравнение для определения угла отсечки

.

Из него видно, что угол отсечки не зависит от амплитуды входного сигнала, следовательно, в режиме детектирования сильного сигнала детекторная характеристика (5.2) диодного детектора линейна, а его коэффициент передачи равен

. (5.3)

При малых значениях угла отсечки он равен

.

Таким образом, чем больше произведение крутизны диода и сопротивления нагрузки, тем ближе коэффициент передачи к единице.

На рисунке 5.5 приведена вольтамперная характеристика диода, которая описывается однозначной функцией напряжения, приложенного к диоду. Функция не имеет точек разрыва

5.5 – Реальная вольтамперная характеристика диода

Разложим функцию в ряд Тейлора в окрестности точки по степеням приращения этого напряжения

, (5.4)

где .

Первая производная функции при является крутизной вольтамперной характеристики в начале координат S, а вторая производная функции – первая производная крутизны .

Подставляя выражение для в (5.4) с учетом введенных обозначений, получим

выделим постоянную составляющую тока i

.

Так как

. (5.5)

Последнее соотношение описывает детекторную характеристику. Из него видно, что в режиме детектирования слабых сигналов детекторная характеристика квадратична. Этот вывод относится и к другим видам амплитудных детекторов.