Г.Б.Белоцерковский
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ И АНТЕННЫ"
часть I, "Основы радиотехники"
М.; "Советское радио", 1969г.

ГЛАВА X

НЕЛИНЕЙНЫЕ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОЛЕБАНИЙ. БОРЬБА С ПОМЕХАМИ

63. 

Детектирование АМ сигналов

Амплитудный детектор (демодулятор) предназначен для преобразования АМ сигналов в напряжение, соответствующее огибающей этого сигнала.

В процессе детектирования происходит органическое изменение спектра: из суммы гармонических колебаний высоких (несущей и боковых) частот получаются низкочастотные составляющие модулирующего сигнала. Поэтому детектором может быть только нелинейный или параметрический четырехполюсник.

Амплитудный детектор в большинстве случаев выполняется на основе диода, работающего в нелинейном режиме. Рассмотрим работу диодного детектора в три этапа.

  1. В схеме отсутствует нагрузка и на вход ее подается слабый сигнал u1 с амплитудой Um<0,1÷0,3 В (рис.10.4,г). Отсутствие нагрузки означает, что ua = u1, а малая величина амплитуды Um означает, что используется только начальный сгиб характеристики диода, который описывается многочленом с квадратичным слагаемым (рис.10.4,а):

 

Здесь I0 - анодный ток при ua = 0.

Рис. 10.4. Характеристика и временные диаграммы, иллюстрирующие квадратичное детектирование амплитудно-модулированных колебаний диодом без нагрузки.

Полагая, что входное напряжение высокой частоты равно , имеем

 

Составляющие высоких частот и в данном случае лишние, они отфильтровываются в более полной схеме детектора. Остальные токи выражают результат детектирования. Обозначим их

 

Если бы амплитуда Um была постоянной, то и ток IД был бы постоянным, т.е. схема выполняла бы функции выпрямителя переменного тока в постоянный. Если же на вход схемы подается тонально-модулированный сигнал с амплитудой , как изображено на рис.10.4,б, то

 

т.е. ток детектора IД , показанный сплошной линией на рис.10.4,в, содержит постоянную составляющую

 

и низкочастотные составляющие

 

Из них составляющая с частотой и амплитудой полезная, а составляющая

с частотой и амплитудой

вызывает нелинейные искажения.

Отсюда следуют выводы:

  1. Детектирование, как и модуляция, происходит за счет квадратичного члена в уравнении характеристики лампы.
  2. Амплитуда составляющей низкой частоты пропорциональна квадрату амплитуды несущей частоты U0m, и поэтому детектирование слабых сигналов называют квадратичным.
  3. Коэффициент нелинейных искажений при квадратичном детектировании велик:

 

Если m = 1, то = 0,25.

  1. Нагрузка детектора по-прежнему отсутствует, но на вход его подается модулированный сигнал с большой амплитудой (рис.10.5). В связи с этим пренебрегаем криволинейностью нижнего сгиба характеристики и аппроксимируем ее ломаной a0b. При такой аппроксимации анодный ток принимает вид остроконечных импульсов с углом отсечки = 90° и максимумами Ia макс, пропорциональными амплитуде Um радиосигнала.

Рис. 10.5. Диаграмма работы диодного детектора без нагрузки при линейном детектировании АМ колебаний.

Постоянная составляющая этих импульсов является средним током детектора IД , который прямо пропорционален максимальному значению импульсов анодного тока Ia макс, а следовательно, и амплитуде Um радиосигнала. Отсюда происходит название линейный детектор, хотя детектирование сильных сигналов - нелинейный процесс. Для доказательства нелинейного характера процесса можно сослаться на то, что в данном случае используется ломаная, а не прямолинейная характеристика анодного тока. Важное преимущество линейного детектирования заключается в отсутствии нелинейных искажений.

  1. Дополним схему детектора нагрузкой R и параллельно включенным конденсатором C (рис.10.6,б), сохранив в схеме режим линейного детектирования. Емкость C подбирается такой, чтобы сопротивление резистора R было значительно больше емкостного сопротивления конденсатора для токов высокой частоты и значительно меньше для токов низкой частоты:

 

Это условие легко реализуется, и средний ток детектора IД проходит через резистор R, вызывая на нем падение напряжения UД = IД·R.

Рис. 10.6. Диаграмма работы (а) и схема диодиого детектора с нагрузкой (б) при линейном детектировании АМ колебаний.

С увеличением амплитуды напряжения радиосигнала Um пропорционально увеличиваются ток IД и напряжение UД , так как это напряжение подается со знаком минус на анод, то рабочая точка смещается по кривой FGLMNP. Временные диаграммы анодного напряжения и тока принимают форму, показанную на рис.10.6,а.

Для вывода количественных соотношений переместим начало координат временных диаграмм из точки 0 в 0' и сосредоточим внимание на изменениях, происходящих в течение периода высокой частоты BCDE. В пределах этого периода анодное напряжение равно разности напряжения радиосигнала с амплитудой Um (отрезок LB) и напряжения смещения
UД = IД·R (отрезок L0').

Когда (точка C), анодное напряжение ua = 0 и потому

(226)

а

 

Умножив ua на крутизну характеристики S, получим анодный ток для ua > 0:

 

Максимум анодного тока ia = Ia макс и имеет место в момент времени t = 0, когда :

 

где Ri - внутреннее сопротивление открытого диода.

Зная средний ток детектора

(227)

находим напряжение на нагрузке:

(228)

Сопоставив выражения (226) и (228)

 

устанавливаем соотношение

(229)

Левая часть выражения (229) является функцией угла отсечки , а правая равна постоянной величине Ri / R. Стало быть, угол не зависит от амплитуды радиосигнала Um, а зависимость (227) тока IД от напряжения Um линейная, т.е. детектор сильных сигналов и при наличии нагрузки линейный.

Для разделения составляющих выходного напряжения детектора подставляем в соотношение (226) развернутое выражение амплитуды радиосигнала :

 

Постоянная составляющая не пропускается переходной цепью CРRП , а переменная составляющая с частотой поступает на выход детектора с амплитудой

 

Разделив U2m на амплитуду огибающей радиосигнала mU0m , находим коэффициент передачи напряжения диодного линейного детектора

 

Этот коэффициент близок к единице (угол не превышает 10-20°).

Значительно больший коэффициент передачи напряжения может быть получен в схемах сеточного и анодного детектирования, где наряду с детектированием происходит усиление.

В схеме сеточного детектора (рис.10.7,а) участок сетка-катод выполняет функции диода, и в нем, как в диодном детекторе, напряжение низкой частоты выделяется на резисторе R, блокированном по высокой частоте конденсатором C. Это напряжение с отрицательной полярностью приложено к управляющей сетке и может рассматриваться как переменное смещение, относительно которого действует модулированное колебание высокой частоты, снятое с контура LкCк.

Рис. 10.7. Схемы сеточного (а) и анодного (б) детекторов.

В схеме сеточного детектора анодная цепь работает в режиме линейного усиления. Благодаря этому среднее значение анодного тока Ia ср изменяется по закону изменения напряжения смещения, т.е. по закону огибающей модулированных колебаний. Кроме того, в анодном токе имеются составляющие высокой частоты, которые замыкаются через конденсатор Ca, минуя сопротивление нагрузки Ra. Падение напряжения на резисторе Ra создается, следовательно, током Ia ср и имеет пульсирующий характер. Переходная цепь CgRg позволяет отделить от этого напряжения переменную составляющую низкой частоты.

В анодном детекторе (рис.10.7,б) не только усиление, но и детектирование совершается в анодной цепи. Для этой цели напряжение смещения Эg подбирается таким, чтобы не было тока в цепи управляющей сетки и исходная рабочая точка находилась на нижнем сгибе анодно-сеточной характеристики. При слабом сигнале детектирование квадратичное, а при сильном - линейное. Разделение составляющих анодного тока совершается так же, как в сеточном детекторе, посредством элементов Ca , Ra , Cg и Rg.

Из рассмотренных схем наименьшие нелинейные искажения получаются в линейном диодном детекторе, наибольший коэффициент передачи напряжения имеет сеточный детектор и максимальным входным сопротивлением (благодаря отсутствию сеточных токов) отличается анодный детектор.

В этой главе:
62. Амплитудная модуляция
63. Детектирование АМ сигналов
64. Преобразование частоты
65. Общие сведения о параметрических системах
66. Синхронный детектор
67. Параметрический генератор
68. Радиопомехи
69. Методы повышения помехоустойчивости
СОЛНЕЧНАЯ ЗАРЯДКА со встроенным аккумулятором!

Вы только на емкость встроенного аккумулятора взгляните - более чем 7 А·ч...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru