9.1.2. Режимы детектирования

Рассмотренная блок-схема является общей для амплитудных детекторов всех типов. Хорошая работа любого детектора возможна лишь при пра­вильном выборе режима нелинейного элемента и параметров нагрузки и фильтра. Сущность процесса детектирования наиболее просто проана­лизировать на примере коллекторного детектора (рис. 9.3).

Рис. 9.3. Коллекторный детектор

Предположим, что амплитуда входного сигнала велика настолько, что, не боясь больших погрешностей в расчете, можно представить рабочий участок вольтамперной характеристики нелинейного элемента в виде кусочно-линейного.

Воздействие АМ колебаний вызовет появление в коллекторной цепи импульсов тока, величина которых будет изменяться по закону огибающей, а угол отсечки для всех импульсов будет равен .

Рассмотрим с качественной стороны характер изменения напряжения на коллекторной нагрузке. Каждый импульс анодного тока осуществляет заряд конденсатора C с постоянной времени , где - среднее сопротивление нелинейного элемента. В паузах между импульсами анодного тока конденсатор разряжается через сопротивление R, с постоянной времени . Сопротивление R выбирается большим, так что и изменение напряжения на нагрузке происходит по закону ломаной линии. При соответствующем выборе постоянных времени и можно добиться того, чтобы среднее за период высокочастотных колебаний напряжение на нагрузке (обозначим сплошной линией) достаточно точно повторяло огибающую детектируемых колебаний. Однако постоянную времени нельзя все же выбирать сколь угодно большой. При слишком большой величине конденсатор за время паузы между импульсами будет терять слишком малый заряд, в результате чего напряжение на нем не будет поспевать за огибающей.

Рис. 9.4. Осциллограммы работы коллекторного детектора

Напряжение на нагрузке детектора поступает на фильтр, сглаживающий ВЧ пульсации.

Для того, чтобы нагрузочная цепь выполняла роль частотного фильтра, требуется выполнение неравенств ; .

Эти условия означают, что конденсатор практически полностью шунтирует сопротивление R для токов радиочастот (несущей) и не оказывает влияние на протекание в коллекторной цепи токов частот модуляции.

Выходное напряжение детектора

.

Знак вызван тем, что конденсатор не может быть идеальным фильтром для ВЧ составляющих, вследствие чего они вызывают некоторые пульсации напряжения.

Амплитуды сигналов на входе и на выходе связаны прямой пропорциональностью .

Поэтому такой режим работы детектора называют линейным, т.е. детектирование происходит без искажений. Однако на практике это не всегда выполнимо. Наиболее важной причиной искажений при детектировании оказывается уклонение характеристики нелинейного элемента на рабочем участке от принятой нами ломаной линии. Замена истинной характеристики на кусочно-линейную более или менее допустима при больших амплитудах детектируемого напряжения и невозможна при малых амплитудах.

ВАХ нелинейного элемента при малых значениях амплитуды входного сигнала должна быть аппроксимирована степенной зависимостью вида

.

Подставляя в это выражение формулу для входного сигнала, среди всех комбинационных колебаний выберем лишь низкочастотные составляющие

.

Выходной сигнал

.

Составляющая коллекторного тока практически не отфильтровывается конденсатором нагрузки и искажает результат детектирования. Относительная величина амплитуды тока удвоенной частоты модуляции представляет собой коэффициент нелинейных искажений . Полезный эффект детектирования пропорционален величине , поэтому детектирование АМ сигналов с малыми амплитудами называется квадратичным.