к оглавлению

АМПЛИТУДНЫЙ И ЧАСТОТНЫЙ ДЕТЕКТОРЫ

В амплитудном детекторе осуществляется выделение огибающей амплитудно-модулированного сигнала с одновременным устранением несущего колебания. Роль несущих колебаний могут выполнять как гармонические колебания, так и последовательности радио- или видеоимпульсов.

В частотном детекторе выделяется низкочастотная модулирующая частота из частотно-модулированного сигнала.

В состав любого детектора входит нелинейный элемент для образования спектральных компонент, соответствующих модулирующей частоте, и линейный фильтр, для выделения компонент, соответствующих спектру модулирующих частот, и устранения компонент, соответствующих спектру несущего колебания и его гармоник. Таким образом, функциональная схема детектора может быть представлена в виде последовательно соединенных нелинейного элемента и фильтра нижних частот. В качестве нелинейных элементов используют полупроводниковые диоды, а также биполярные и полевые транзисторы. Роль фильтра, как правило, выполняет цепь, состоящая из резистора и шунтирующей его емкости. В настоящее время элементы детектора чаще реализуют в одной микросхеме.

На рис.1 показана схема последовательного амплитудного детектора, а на рис.2 - параллельного детектора.

Схема параллельного амплитудного детектора дополнена фильтром нижних частот .

 

Рис.1. АД последовательного типа             Рис.2. АД параллельного типа

Свойства детекторов принято характеризовать следующими показателями:

1. Коэффициент передачи для немодулированного сигнала

и для модулированного сигнала

где - прирост постоянного напряжения на нагрузке R по сравнению с напряжением покоя , вызванного приложением к входу детектора немодулированного колебания с амплитудой ; - амплитуда выходного напряжения модуляционной частоты ; - амплитуда изменения огибающей входного модулированного сигнала.

2. Входное сопротивление

.

Реактивная составляющая входного сопротивления обычно является емкостной, она легко находится из схем детектора и компенсируется настройкой входного контура. Поэтому аналитически обычно рассчитывается активное входное сопротивление детектора

Здесь - амплитуда первой гармоники входного тока детектора.

3. Выходное сопротивление детектора, обычно также рассчитывается активная составляющая сопротивления

4. Частотные и фазовые искажения огибающей характеризуются, как и для усилителей, значениями нижней и верхней граничных частот и отклонениями фазовой характеристики от касательной к ней в точке = на граничных частотах.

5. Нелинейные искажения оцениваются по величине коэффициента нелинейных искажений

где - мощности гармонических составляющих частот модуляции;

- мощность выходного сигнала на частоте модуляции.

6. Коэффициент подавления несущего колебания

где - амплитуда несущего колебания на выходе детектора.

Величина коэффициента подавления зависит от схемы детектора, параметров фильтра, вида и режима работы нелинейного элемента.

Все качественные показатели детектора зависят в общем случае от амплитуды подаваемых на него колебаний, поэтому принято рассматривать отдельно детектирование слабых и сильных сигналов. Для этих двух режимов разработаны достаточно точные аналитические методы расчета амплитудных детекторов. При этом само понятие "слабого" или "сильного" сигнала относительно и зависит от свойств применяемого нелинейного элемента.

При поступлении на вход детектора "слабых" сигналов говорят, что имеет место режим квадратичного детектирования. Коэффициент передачи квадратичного детектора

где S, S' - крутизна B/A характеристики диода и ее производная кривизна в точке U=0.

Коэффициент передачи зависит от амплитуды входного сигнала, имеет малую величину и чем меньше амплитуда, тем менее эффективно детектирование. Напряжение на выходе детектора пропорционально квадрату входного напряжения

.

Другими существенными недостатками квадратичного режима являются значительные нелинейные искажения модулирующего сигнала (достигающие величины m/4) и низкое входное сопротивление детектора .

В режиме линейного детектирования (сильный сигнал) коэффициент передачи детектора практически не зависит от амплитуды входного сигнала, а определяется углом отсечки тока, текущего через диод .

Работа детектора описывается трансцендентным уравнением

которая решается графически или подбором. При увеличении SR угол отсечки . При SR30 . В случае, если есть необходимость учета обратного сопротивления диода, то

Угол отсечки увеличивается, а коэффициент передачи детектора уменьшается. Входное сопротивление последовательного линейного амплитудного детектора определяется выражением

а при малых углах отсечки , для параллельного детектора .

Элементы нагрузки детектора рассчитываются исходя из условий его безынерционной работы и отсутствия искажений, обусловленных разностью величины нагрузки по постоянному току и токам модулирующей частоты.

Эквивалентная емкость нагрузки рассчитывается из двух условий. Из условия отсутствия нелинейных искажений при максимальном (критическом) коэффициенте модуляции и максимальной частоте модуляции вследствие инерционности детектора.

.

Из условия допустимых частотных искажений

где - динамическое внутреннее сопротивление детектора,

- коэффициент частотных искажений на (обычно = 1,05 - 1,2).

Из двух значений С, полученных выше, выбирают меньшую величину. Обычно при выполнении первого условия (безынерционности детектора) обеспечивается и выполнение второго условия малости частотных искажений. Следует помнить, что с уменьшением С ухудшается фильтрация напряжения промежуточной частоты, которое проходит на выход детектора.

Для увеличения входного сопротивления амплитудного детектора, уменьшения нелинейных искажений при детектировании и увеличения коэффициента фильтрации сигнала промежуточной частоты часто идут на уменьшение коэффициента передачи детектора, применяя разделенную нагрузку в виде делителя из двух резисторов и , как это показано на рис.3

Рис. 3. Схема АД с разделенной нагрузкой

 Величина при = 0,8 будет иметь значение

где - входное сопротивление каскаде УНЧ, подключаемого к выходу детектора. Тогда = R-. Емкости нагрузки детектора определяются из соотношений

; .

где Свх - входная емкость УНЧ; - емкость монтажа со стороны входа УНЧ. Коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты

где - сумма емкости диода и емкости монтажа цепи диода.

Обычно = (2-5)пФ.

Напряжение звуковой частоты на входе УНЧ

,

где - коэффициент передачи детектора с учетом разделения нагрузки

Для частотного детектирования ЧМ колебание преобразуется в колебание, модулированное на амплитуде, фазе или в импульсно-модулированное колебание, с последующим применением амплитудного, фазового или пикового детекторов.

На рис.4 представлена схема балансного частотного детектора с фазовым преобразованием вида модуляции, выполненного на основе двухконтурного полосового фильтра L1C2 и L2C6 и двух амплитудных детекторов VD1,R,C и VD2,R,C [1.3]

Рис.4. Балансный ЧД со связными контурами

Транзистор VT1 обычно работает в режиме амплитудного ограничителя. Его рабочая точка и температурная стабилизация обеспечиваются резисторами R1,R2 и R3.

Расчет преобразователя вида модуляции проводят по заданному значению допустимых нелинейных искажений Кг модулирующего сигнала. Наименьшие нелинейные искажения соответствуют значению фактора связи между контурами = 2...3. Наибольшая крутизна детекторной характеристики обеспечивается при = 1.

В табл.1 приведены величины Кг и соответствующих им коэффициентов использования полосы пропускания частотного детектора (где - максимальная девиация частоты, полоса пропускания ЧМ детектора, определяемая разностью частот между экстремумами статической характеристики детектора) и отношений , где и - рабочий и максимально возможный при коэффициенты передачи преобразователя модуляции.

Таблица 1

, %

0.2

0.6

1.0

1.4

2.0

3.0

4.0

5.0

0.005

0.015

0.025

0.035

0.042

0.067

0.085

-

B

0.15

0.27

0.35

0.41

0.47

0.58

0.67

-

0.07

0.12

0.17

0.21

0.25

0.3

0.33

0.36

B

0.35

0.48

0.56

0.62

0.68

0.76

0.82

0.87

0.02

0.07

0.59

0.61

0.63

0.66

0.67

0.69

B

0.15

0.32

0.87

0.89

0.9

0.9

0.9

0.9

По допустимому значению коэффициента гармоник следует найти максимальное отношение , что определяет B и . Для выбранного значения В вычисляется полоса пропускания частотного детектора . Зная , можно рассчитать требуемую эквивалентную добротность связанных контуров - и коэффициент связи между контурами .

Входное сопротивление частотного детектора, обеспечивающее требуемое эквивалентное затухание второго контура при полном подключении к нему детектора, определяется выражением

где - конструктивная добротность контура.

Коэффициент подключения транзистора ограничителя к первому

контуру

 где - выходное сопротивление ограничителя.

Сопротивления нагрузки детектора R определяются формулой

при этом должно выполняться условие .

Емкости, шунтирующие R, вычисляется по формуле

где 0.5 – максимальный коэффициент модуляции сигнала на выходе АМ детектора.

Угол отсечки тока диодов АМ детектора, как и в предыдущем случае, находится по формуле

Крутизна характеристики АМ детектора и его внутреннее сопротивление равны

, .

Коэффициент передачи детектора АМ сигналов

,

Тогда коэффициент передачи детектора ЧМ сигналов (без учета коэффициента передачи ограничителя) будет равен

,

где - эквивалентное сопротивление контура преобразователя модуляции.

- обобщенная расстройка, соответствующая максимальной девиации частоты.

При

Величину емкости С вычисляют по формуле . Индуктивность дросселя должна быть примерно в 10 раз больше индуктивности контурных катушек.

Амплитудно-частотная характеристика ЧД с учетом ограничителя определяется выражением ,

где - обобщенная расстройка при выбранных .

к оглавлению


Знаете ли Вы, что "тёмная материя" - такая же фикция, как черная кошка в темной комнате. Это не физическая реальность, но фокус, подмена.
Реально идет речь о том, что релятивистские формулы не соответствуют астрономическим наблюдениям, давая на порядок и более меньшую массу и меньшую энергию. Отсюда сделан фокуснический вывод, что есть "темная материя" и "темная энергия", но не вывод, что релятивистские формулы не соответствуют реалиям. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 29.11.2020 - 09:10: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
29.11.2020 - 09:04: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
29.11.2020 - 09:03: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
29.11.2020 - 09:01: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
29.11.2020 - 09:01: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
29.11.2020 - 08:58: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
28.11.2020 - 15:48: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Юрия Воробьевского - Карим_Хайдаров.
28.11.2020 - 11:37: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
28.11.2020 - 11:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Аманды Вольмер - Карим_Хайдаров.
28.11.2020 - 09:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 21:02: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 20:57: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Амары Ельской - Карим_Хайдаров.

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution