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:

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.

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.

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

, как это показано на рис.3

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.

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]

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 К_г 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 К_г 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

- рабочий и максимально возможный при

коэффициенты передачи преобразователя модуляции.

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

Коэффициент подключения транзистора ограничителя к первому

Сопротивления нагрузки детектора R определяются формулой

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.

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

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

, %		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