3.5.3. Амплитудное детектирование

На вход детектора (рис. 3.30) подается модулированное колебание, содержащее только высокочастотные составляющие: несущее колебание и колебания боковых частот. На выходе выделяется напряжение с низкочастотным спектром передаваемого сообщения. Следовательно, детектиро­вание сопровождается трансформацией ЧВС и для его осуществле­ния необходимо использование НБЭ. В качестве НБЭ в настоя­щее время применяют полупроводниковые диоды.

Допустим, что амплитуда колебания на выходе детектора на­столько мала, что обусловленные этим колебанием изменения тока укладываются на относительно небольшом участке нижнего сгиба характеристики диода (рис. 3.31). В соответствии с зависи­мостью (3.121) ток через диод

. (3.126)

где ; – мгновенное значение высокочастотного входного сигнала, амплитуда которого модули­рована по закону передаваемого сообщения (начальную фазу опустим, так как на работу амплитудного детектора она не влияет). Таким образом,

(3.127)

Высокочастотные составляющие отфильтровываются в цепи на­грузки. Информация содержится в последнем слагаемом

(3.128)

Так как эта составляющая пропорциональна квадрату ампли­туды входного напряжения, то при малых амплитудах детектор является квадратичным.

Рассмотрим квадратичное детектирование колебаний, огибаю­щая которых является непрерывной функцией времени, например тональную модуляцию . Подставляя в (3.128), получим

Таким образом, при возникновении тональной модуляции среднее значение тока получает постоянное относительное приращение, равное . Переменная часть тока содержит два слагаемых: воспроизводящее сигнал и являющееся второй гармоникой сигнала . Отсюда следует, что коэф­фициент гармоник, равный в данном случае отношению амплитуды второй гармоники к амплитуде первой,

.

При 100 %-ной модуляции . При одновременной модуля­ции двумя частотами и в выходном напряжении детектора наряду с гармониками и возникают еще комбинирован­ные частоты вида и с амплитудами, пропор­циональными произведению коэффициентов модуляции и . Это приводит к искаженному воспроизведению сигналов.

Рассмотрим детектирование сильных сигналов. Не изменяя схемы рис. 3.30, допустим, что амплитуда входного сигнала достаточно велика, a R и С выбраны таким образом, что выпрям­ленное напряжение на R почти не отличается от амплитуды входного сигнала. Напряжение смещения, создаваемое постоян­ной составляющей тока, изменяется пропорционально амплитуде входного сигнала. Но изменяющееся напряжение смещения диода есть не что иное, как выходное напряжение детектора, На рис. 3.32, а совмещены входное (высокочастотное) и вы­ходное (выпрямленное) напряжения. Так как при достаточно большой (по сравнению с периодом высокой частоты ) постоянной времени RC зубцы кривой практически отсутствуют, напряжение на выходе воспроизводит огибающую амплитуд входного напряжения, т.е. передаваемое сообщение.

Таким образом, связь между выходным напряжением и огибающей входной ЭДС получается почти линейной. Поэтому детектор, работающий в режиме больших амплитуд и с нагрузкой, обеспечивающей близкое совпадение напряжений и , называют линейным детектором (хотя это типично нелинейная цепь).

Режим модуляции несущих колебаний накладывает на выбор нагрузки детектора дополнительные ограничения. Необходимо, чтобы постоянная времени RC -цепи была мала по сравнению с периодом модуляции . В противном случае изменение выпрямленного напряжения на нагрузке может отставать от изме­нения огибающей входной ЭДС. Подобный режим показан на рис. 3.32, б. На участке г-б из-за большой инерционности RC-цепи напряжение отстает в своем росте от огибающей ЭДС. В точке б, где и амплитуда модулированной ЭДС уравнива­ются, ток через диод и рост напряжения прекращаются. На участке б-в источник ЭДС и диод не оказывают никакого влияния на нагрузочную цепь, и в последней происходит разряд С через резистор R. Таким образом, на участке б-в напряжение изменяется по экспоненте. Получается нелинейное искажение сигнала. Так как эти искажения обусловлены тесным взаимодей­ствием нелинейного элемента (диод) с линейной цепью (RC), степень нелинейных искажений зависит не только от парамет­ров цепи и глубины модуляции, но также и от частоты модуляции. Эти искажения возрастают с повышением частоты, а также глу­бины модуляции входной ЭДС. Для устранения рассматриваемых искажений необходимо, чтобы . Однако для сглажива­ния высокочастотных пульсаций требуется выполнение неравенства . Совмещая эти два условия, получим

. (3.129)

Обычно частоты и сильно различаются и условия (3.129) выполняются.

При импульсной модуляции оги­бающей в правой части неравенства (3.129) вместо периода модуляции следует подставлять длитель­ность импульса. При этом предполагается, что интервалы между импульсами велики по сравнению с длительностью импульса.