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

9.1.6 Амплитудный детектор

Детектирование модулированного радиосигнала заключается в выделении низкочастотного сигнала, который в неявной форме содержится в высокочастотном колебании. Различают амплитудное, частотное, и фазовое детектирование. Детектирование сопровождается трансформацией (преобразованием) частотного спектра: на входе высокочастотное колебание, на выходе - низкочастотное, соответствующее передаваемому сообщению. Следовательно, детектирование требует применения нелинейного элемента, в токе которого возникает низкочастотный сигнал, и фильтра низких частот, выделяющего его.

Амплитудный детектор (АД) предназначен для получения на выходе сигнала, пропорционального огибающей. Пусть на входе детектора действует сигнал

.

На выходе АД сигнал должен иметь вид

,

где - коэффициент передачи детектора в полосе частот огибающей.

Чтобы коэффициент передачи детектора не зависел от времени, т.е. осуществлялось бы линейное преобразование огибающей, угол отсечки желательно выбрать вблизи 90° . Тогда огибающая импульсов тока будет равна

.

Мгновенное значение импульсов выходного тока при можно представить в виде

Если полоса частот фильтра ограничена частотой , где - максимальная частота модулирующей функции АМ-колебания, то на выходе детектора напряжение будет равно

,

где - сопротивление ФНЧ в полосе пропускания. Коэффициент передачи детектора в этом случае равен:

.

Принципиальная схема простейшего АД на транзисторе приведена на рис.17.

Рис.17.

Фильтр низких частот образуют элементы , , причем в полосе пропускания фильтра Z_ф=R_к . На рис.18 показаны спектры входного сигнала, выходного (коллекторного) тока и выходного напряжения, а также АЧХ ФНЧ.

Рис.18.

Для обеспечения правильного режима работы АД строят (или снимают экспериментально) так называемую статическую детекторную характеристику (СДХ) - зависимость постоянного напряжения на выходе детектора от амплитуды высокочастотного сигнала на входе. Для схемы АД, представленной на рис.17, эта характеристика будет иметь вид, показанный на рис.19.Здесь выходное постоянное (выпрямленное) напряжение определяется как

.

Рис.19.

При ,, следовательно и . При увеличении (до точки насыщения ) также увеличивается, а напряжение на выходе пропорционально уменьшается. В точке, соответствующей насыщению, , т.е. , .

Дальнейший рост не приводит к увеличению амплитуды импульсов тока, следовательно, . Линейный участок определяет режим работы детектора. Реальная СДХ (рис.20) имеет более плавный вид, линейный участок которого ограничен величинами и .

Рис.20.

Из графика СДХ могут быть определены:

• коэффициент передачи детектора

• уровень несущей

• максимальное значение глубины АМ на входе

                               .

Для идеализированной СДХ , , (т.к. ),. Для т.е. .

Для детекторов, построенных на неинвертирующих схемах, СДХ имеет вид рис.21.

Рис.21.

Идеализацией рассмотрения данного принципа детектирования является независимость рабочей точки (смещения) транзистора от амплитуды входного сигнала. В реальных схемах входной р-п переход проявляет детектирующее свойство (см. следующий раздел), несколько смещая влево рабочую точку. Поэтому снятие СДХ является обязательным условием правильного выбора режима работы детектора.

© Андреевская Т.М., РЭ, МГИЭМ, 2004