Линейный диодный детектор

Амплитудные детекторы

ДЕТЕКТОРЫ

Фазовые модуляторы

Фазовые модуляторыреализуют на основе кольца ФАПЧ с модуляцией варикапа в контуре автогенератора, управляемого напряжением (ГУН) модулирующего сигнала и кольца ФАПЧ. При этом для модуляции в контур автогенератора включают второй варикап.

Детектированием (демодуляцией) называется процесс

преобразования модулированного высокочастотного сигнала (ВЧ) в низкочастотный (НЧ) модулирующий сигнал.

Детекторы (демодуляторы) выполняют функцию, обратную функции модуляции, и подразделяются на амплитудные, частотные, фазовые, импульсные и т. д.

Рассмотрим процесс детектирования тонального АМ радиосигнала.

На вход детектора (АМ детектора) подаётся ВЧ модулированное колебание вида:

u _вх(t)= U _вх (1+M cosΩt) cosω₀t = U_вх (t) cosω₀t, (4.16)

где U_вх(t) = U_вх (1+М cosΩt) –огибающая ВЧ АМ радиосигнала.

Выходное НЧ напряжение детектора

u_вых(t)=U_вых cosΩt,

пропорционально передаваемому сообщению.

Эффективность амплитудного детектора оценивают

коэффициентом передачи (коэффициентом детектирования), определяемым отношением амплитудывыходного НЧ напряжения к амплитуде огибающей ВЧ входного АМ сигнала (без постоянной составляющей):

k_д = U_вых /(MU_вх). (4.17)

В зависимости от амплитуды АМ сигнала и степени нелинейности характеристики детекторного элемента возможны два режима детектирования: линейный (режим больших амплитуд с кусочно-линейной аппроксимацией характеристики) и квадратичный (работа при малых амплитудах на участке характеристики, описываемой полиномом второй степени).

При линейном режиме работы детектора амплитуды сигналов на входе и выходе связаны прямо пропорциональной зависимостью. Рассмотрим схему последовательного диодного детектора, у которого диод VD включён последовательно с низкочастотным R_н C_н фильтром.

Чтобы цепь реальной нагрузки любого детектора эффективно

отфильтровывала полезный модулирующий сигнал и подавляла паразитные высокочастотные составляющие, необходимо выполнение двух неравенств:

1 /(ΩC_н)>> R_н; 1 /(ω₀ C_н)<< R_н. (4.18)

При этом сопротивление нагрузки R _н должно быть значительно больше сопротивления диода в его прямой проводимости, что всегда выполняется на практике.

Пусть на вход диодного детектора подаётся простейший,

тональный АМ сигнал u_вх(t)=U_вх(t)sinω₀t (рис. 4.10, б).

Рис.4.10.Последовательный диодный детектор:

а)- схема; б - диаграмма напряжений

Ток через диод протекает в моменты времени, когда амплитуда входного напряжения u_вх превышает напряжение на конденсаторе C_н (а значит, и на выходе детектора u_вых). В этом случае конденсатор C_н заряжается через малое сопротивление открытого диода намного быстрее, чем разряжается на высокоомное сопротивление нагрузки R_н.

Поэтому диод большую часть периода входного колебания закрыт и амплитуда выходного напряжения близка к амплитуде входного.

1) Найдем k_д. Для упрощения анализа и расчётов схемы положим, что на вход детектора подаётся достаточно большое немодулированное гармоническое напряжение, при котором ВАХ диода можно аппроксимировать отрезками прямых линий (рис. 4.11).

Рис.4.11 Диаграммы тока и напряжений в линейном детекторе.

Как следует из работы детектора и этого рисунка, амплитуды входного и выходного напряжений связаны простым соотношением

U_вых= U₀=U_вх cosθ.

В этом случае коэффициент передачи детектора равен

k _д =Uвых /U_вх=cosθ. (4.19)

Постоянная составляющая тока амплитудного детектора через R_н в соответствии с формулой (4.10): I₀=SU_вхγ_o. Поэтому среднее значение выходного напряжения

U_вых=U₀=I₀R_н=SU_вхγ_oR_н. (4.20)

Разделив обе части на U_вх и подставив в данное соотношение cosθ из (4.19) и γ_o из (4.11), получим следующее трансцендентное уравнение (неизвестное входит в аргумент):

cosθ = Sγ_oR_н=SR_н /π (sinθ-θcosθ). (4.21)

Поделив обе части этого уравнения на cosθ, запишем

tgθ - θ=π /SR_н. (4.22)

Из этой формулы следует, что угол отсечки не зависит от амплитуды входного сигнала и определяется только величиной произведения SR_н. При этом чем оно больше, тем меньше угол отсечки. Как правило, SR_н >> 1, поэтому угол отсечки θ близок к нулю. Известно, что при малых углах имеет место равенство tgθ= θ+ θ³/3, с учетом которого получим из (4.22) коэффициент детектирования:

(4.23)

2 ). Найдем входное сопротивление последовательного детектора

(также для немодулированного сигнала).

В практических схемах АМ детектор шунтируется своим низким входным сопротивлением нагрузку предыдущего каскада усилителя промежуточной частоты (УПЧ) приёмника и влияет на параметры усилителя УПЧ. Поэтому найдем это входное сопротивление.

Предположим, что угол отсечки очень мал и поэтому cosθ =1, а

U_вх = U₀. Мощность немодулированного гармонического сигнала, подводимую к детектору, можно определить как P_вх=0,5Uвх²/R_вх, где R_вх - искомое входное сопротивление детектора. Мощность, выделяемая на нагрузке детектора, P_н= U₀²/R_н. Поскольку сопротивление диода в прямом направлении близко к нулю, то вся входная мощность выделяется на нагрузке (P_н= P_вх), т.е. U₀²/R_н= 0,5U_вх²R_вх. Отсюда входное сопротивление диодного детектора:

R_вх= R_н/2 (4.24)

Принцип действия последовательного линейного детектора можно

распространить на любые типы амплитудных детекторов, имеющих

НЭ с односторонней (вентильной) проводимостью.

Пример 4.2. АМ сигнал с тональной модуляцией u_АМ(t)=5(1+0.8 cosΩt)cosω₀t подан на вход линейного диодного детектора. Нагрузка детектора имеет сопротивление R_н =20кОм, а крутизна характеристики диода S =15мА/В.

Определить амплитуду выходного сигнала детектора.

Решение. Поскольку значение параметра SRн =300 достаточно велико, то в соответствии с формулой (4.23) коэффициент детектирования

Амплитуда входного АМ – сигнала равна U_вх =5(1+0,8)=9В. Тогда амплитуда выходного сигнала (с постоянной составляющей) U_вых = k_ДU_вх =0,95∙9=8,55 В.

Дата добавления: 2014-01-13