45. Квадратичный режим детектирования ам-колебаний.

Квадратичное детектирование применяется для детектирования сигналов малой амплитуды (до 1 В). Такие детекторы, как правило, строятся на транзисторах. При квадратичном детектировании используется начальный участок вольтамперной характеристики (ВАХ) биполярного транзистора или диода (рис. 4.18 а). Этот участок ВАХ можно аппроксимировать полиномом второй степени вида (4.46)

где U(t)=A(t)cos₀t – мгновенное значение несущего колебания, начальная фаза которого для простоты предполагается равной 0. Подставляя в выражение (4.46) напряжение U(t) в виде U(t)=U₀(1+mcost), получим (4.47)

К ак следует из соотношения (4.47), спектр сигнала на выходе детектора содержит постоянную составляющую , высокочастотную , две низкочастотные составляющие и т. д. Полезный сигнал содержится в низкочастотных составляющих, поэтому высокочастотные гармоники необходимо отфильтровать. Для этого используют простейшие RC-фильтры нижних частот, как это показано в схеме диодного детектора (рис. 4.18 б), зависимость модуля комплексного сопротивления которых от частоты имеет вид (рис.4.18 в).

Если параметры фильтра выбрать так, чтобы <<RC=_раз<<T_, (4.48), где =2/_o – период несущих колебаний, а T_=2/ – период модулирующих колебаний, то на выходе фильтра согласно выражению (4.47), будет выделен сигнал (4.49) где – постоянная составляющая выходного напряжения. Из соотношения (4.49) следует, что полезный сигнал частоты  пропорционален квадрату амплитуды входного напряжения, поэтому такой режим детектирования называется квадратичным. Присутствие в выражении (4.49) третьего слагаемого, которое полностью отфильтровать с помощью простейшего RC-фильтра практически невозможно, ведет к тому, что коэффициент нелинейных искажений для коэффициента модуляции m=100 % может достигать 25 %. Все это искажает информационный сигнал и, как следствие, ухудшает качество принимаемого полезного сигнала. Другим недостатком рассмотренного режима детектирования является низкий коэффициент передачи напряжения.

46. Линейный режим детектирования ам-колебаний.

В практических схемах чаще всего используется линейный режим детектирования (линейное детектирование), когда рабочая точка расположена на линейном участке ВАХ, что возможно при достаточно большой величине сигнала, поданного на вход детектора. В этом случае ВАХ может быть представлена в виде двух отрезков прямых линий (рис. 4.19 а).

Рассмотрим кратко работу диодного детектора (рис. 4.18 б) в линейном режиме. Допустим, что на вход такого линейного детектора подается АМ-сигнал достаточно большой амплитуды, а номинальные значения R и C выбраны так, что угол отсечки =₀/2. Тогда на его выходе будут наблюдаться высокочастотные импульсы тока со сложным спектральным составом. Среднее значение выпрямленного тока будет равно (4.50) Учитывая, что (sin–cos) – величина постоянная, а I_m зависит от  как I_m= I₀ (1–mcost), то выражение (4.50) можно переписать в виде (4.51)

Таким образом, для идеализированного низкочастотного фильтра, для которого Z()=R, в полосе частот от 0 до  получим (4.52)

где R_i – внутреннее сопротивление диода. Из соотношения (4.52) следует, что напряжение на выходе детектора пропорционально величине U₀ в первой степени. Это означает отсутствие нелинейных искажений. Тогда коэффициент передачи напряжения линейного детектора буде равен (4.53). Для реального фильтра с повышением частоты  Z() становится меньше R, и коэффициент передачи уменьшается. Проанализируем влияние величины постоянной времени _раз на качество работы детектора. ВАХ диода аппроксимируем прямой (рис. 4.19 а). Предположим, что постоянная времени разряда _раз много меньше периода высокочастотных колебаний, т. е. _раз<< . При этом _раз всегда много больше постоянной времени заряда _зар=R_іC. В этом случае выходное напряжение, т. е. напряжение на конденсаторе С, будет повторять форму импульсов тока, протекающего через диод VD (рис. 4.19 б). Положим далее, что _раз>>T_. Тогда осциллограмма тока и напряжения на выходе диодного детектора будет иметь вид, изображенный на рис. 4.19 в. В этом случае напряжение на выходе детектора не успевает следить за низкочастотной составляющей, и появляются искажения. Чем больше глубина модуляции и чем выше частота сигнала , тем сильнее эти искажения. Предположим, что выполняется соотношение (4.48), т. е. <<RC<<T_. Этот случай наиболее желателен, так как при этом осциллограмма выходного напряжения и тока имеет вид, представленный на рис. 4.19 г. При этом, чтобы искажения были минимальными, величины R и С выбираются с учетом того, что (4.54), где и – максимальные значения частоты модулирующего колебания и коэффициента модуляции.