Основы радиоэлектроники и связи

9. Функциональные преобразования сигналов в нелинейных электронных цепях : 9.1. Воздействие гармонического и квазигармонического сигнала на НЭ с кусочно-линейной ВАХ

9.1.7 Диодный амплитудный детектор

Рассмотрим принцип действия простейшего АД на основе диодного выпрямителя (рис.22) сначала при гармоническом воздействии, т.е. при

.

Состояние диода описывается его ВАХ , линейно-ломаная аппроксимация которой представлена на рис.23. при диод характеризуется сопротивлением открытого p-n-перехода , а при - сопротивлением закрытого p-n-перехода , причем . В схеме рис.22. При поступлении положительной полуволны входного напряжения и при диод открыт и через него течет ток. Конденсатор С через открытый диод быстро заряжается с постоянной времени . Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на емкости () не сравняется с входным напряжением, и диод закроется. В результате конденсатор начнет разряжаться через сопротивление R. Обычно . Разряд происходит медленнее, чем заряд (t_разр = CR >> t_зар), за время действия отрицательной полуволны входного напряжения выходное напряжение изменится мало.

Рис.24.

На рис.24 показан установившийся процесс заряда и разряда конденсатора. Ток диода течет только в те моменты времени, пока . По отношению к диоду напряжение является смещением. Поскольку (см. рис.23) равно 0, то обеспечивает работу диода с углом отсечки q < 90° . При большой постоянной времени величина близка к амплитуде входного напряжения. Поэтому здесь получается достаточно малый угол отсечки: он определяется соотношением сопротивлений и R. Действительно, крутизна открытой части ВАХ диода равна . Следовательно,

,

.

С другой стороны, при , .

Отсюда имеем

.

Учитывая, что

,

окончательно получаем следующее соотношение

.

Таким образом, задание внутреннего сопротивления диода и сопротивления нагрузки R однозначно определяет угол отсечки q . Чем ближе величина к , тем меньше угол отсечки. Для работы с q = 10° (cosq = 0,9848), должно выполняться .

При q (10...20)° выходное напряжение детектора близко к амплитуде входного. После определения величины R, можно определить и требуемое значение емкости конденсатора C из условия подавления высокочастотных составляющих и неискаженной передачи низкочастотной части спектра тока:

.

Так как , условие легко выполнить.

Поскольку амплитудный детектор подключается в качестве нагрузки усилителя высокой частоты, то важное значение имеет его входное сопротивление. При практически вся мощность, потребляемая детектором, выделяется на сопротивлении R. Поэтому можно приближенно считать ,

где и - амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая тока диода. Разделим левую и правую часть на . Получим

.

Отсюда, учитывая, что , имеем

,

откуда

.

Чтобы детектор не влиял на частотные характеристики усилителя, необходимо при выборе R выполнить условие , где - резонансное сопротивление контура усилителя.

© Андреевская Т.М., РЭ, МГИЭМ, 2004