Розділ 4. Детектори

Лекція №19 Амплітудні детектори (АД).

План

1. Загальні відомості про детектори.

2. Класифікація і показники якості амплітудних детекторів.

3. Діодні амплітудні детектори.

4. Часова трактовка принципу роботи АД.

ЛІТЕРАТУРА

1. Головин О.В. Радиоприемные устройства. М. Высшая школа, 1987, §11.1,§11.4, §11.5-§11.7

2. Уваров Р.В., Хиленко В.И. Радиоприемные устройства. М. Радио и связь, 1989, §7.1

1. Загальні відомості про амплітудні детектори.

Детектор – пристрій, який служить для створення напруги що змінюється у відповідності із законом модуляції одного із параметрів вхідного сигналу. Детектори можна класифікувати по характеру вхідного сигналу і виду параметра, який піддається модуляції; по способу виконання і т.д.

Радіосигнали можна розділити на три основні групи:

1. неперервні гармонічні (рис.19.1а) в яких повідомлення закладене в модуляції одного з наступних параметрів: амплітуди U_вх; фази j_вх; частоти f_вх. В залежності від виду модуляції детектованого сигналу розрізняють амплітудні (АД); частотні (ЧД); фазові (ФД) детектори.

2. радіоімпульсні сигнали (рис.19.1б) – в яких повідомлення передається з допомогою модуляції одного з наступних параметрів сигналу: пікової напруги U_п; частоти f_вх; довжини імпульсу t_і (широтно-імпульсна модуляція (ШІМ)); часу початку імпульсна t_пі (часово-імпульсна модуляція (ЧІМ)). Для детектування подібних сигналів використовують детектори радіоімпульсів.

U_вх

U_вх

0 t

φ_вх

а) f_вх

U_вх τ_і

U_пік

0 t

f_вх

U_вх б)

τ_і

U_пік

0 t

T

в)

Рисунок 19.1. Види радіосигналів.

3. відео імпульсні сигнали (рис.19.1в), модуляція в відео імпульсах може здійснюватися зміною пікового значення імпульсу U_пік (амплітудно-імпульсна модуляція); довжини імпульсу t_і (широтно-імпульсна модуляція (ШІМ)); часу початку імпульсу t_пі часово-імпульсна (ЧІМ) або фазово-імпульсна модуляція (ФІМ); можлива зміна комбінації імпульсів в групі – імпульсно-кодова модуляція. Детектування подібних сигналів здійснюється детекторами відео імпульсів.

Амплітудний детектор – пристрій на виході якого створюється напруга у відповідності з законом модуляції амплітуди вхідного гармонічного сигналу. Якщо на вході АД діє напруга U_вх, модульована по амплітуді коливанням з частотою F, то графік зміни цієї напруги в часі і її спектр мають вигляд представлений на рис. 19.2а. Напруга на виході детектора Е_д (рис. 19.2б) повинна мінятися у відповідності з законом зміни згинаючої вхідної напруги U_вх. Як відомо, спектр АМ коливання на вході АД має три складові: несучу f_н з амплітудою U_н і дві бокові складові з частотами f_н + F; f_н – F і амплітудами 0,5mU_н (m – коефіцієнт модуляції). Спектр продетектованої напруги Е_д має дві складові: постійну Е_д0 на частоті f = 0 і низькочастотну складову з частотою F рис.(19.2б)

U_вх E_д U_F

t E_д0 t

0 0

U_вх E_д

U_н E_Д0

0,5mU_н 0,5mU_н U_F

0 f f

f_н-F f_н+F F

а) б)

Рисунок. 19.2.Осцилограми напруг і спектри сигналів на вході і виході АД.

Таким чином на пруга на виході АД має складові частот, яких не було у вхідному сигналі. Тому завдання амплітудного детектування не зводиться до простої фільтрації з допомогою лінійного кола з постійними параметрами (таке коло не створює складових з новими частотами). Нові частотні складові можуть виникнути тільки при проходженні сигналу через параметричне лінійне коло або через нелінійне коло.

2. Класифікація амплітудних детекторів і показники якості АД.

В залежності від виконання АД можна розділити на синхронні детектори, які використовують лінійне коло з періодично змінними параметрами і детектори на основі нелінійного кола. В свою чергу, в залежності від використаного електронного приладу АД діляться транзисторні і діодні. Залежно від того не лінійність характеристики якого струму транзистора використовується для детектування транзисторні АД ділять на колекторні, базові, емітерні, стокові, затворні, витокові. На практиці найчастіше використовують діодні АД.

Показники якості АД.

1.Спотворення, які залежать від типу і параметрів сигналу, активних і пасивних елементів кола детектора і пристроїв з ним зв’язаних.

2.Максимальний і мінімальний рівні детектованих сигналів.

3.Ступінь подавлення завад, що поступають на вхід детектора одночасно з корисним сигналом.

4.Коефіцієнт передачі – який зв’язує вихідну напругу детектора з змінами модулюючого параметру сигналу.

5.Вхідний і вихідний опір детектора.

3.Діодні амплітудні детектори (АД).

В залежності від схеми включення діода і навантаження розрізняють дві схеми АД: послідовну і паралельну.

Рис. 19.3 Послідовний АД. Рис. 19.4 Паралельний АД.

4. Часова трактовка принципу роботи АД.

На вході АД діє гармонічна напруга з повільно-змінною амплітудою U_вх = U_сcosw_сt. Якщо U_вх додатне то діод відкривається і конденсатор С_н починає заряджатися. Постійна часу заряду t_з конденсатора визначається ємністю С_н і малим опором відкритого діода. По мірі заряду С_н вихідна напруга Е_д росте і старається закрити діод, бо U_д = U_вх - Е_д і в момент t = t₁ U_вх = Е_д, при цьому U_д = 0. Починаючи з t₁ діод закривається (U_вх < Е_д) і конденсатор С_н починає розряджатися через R_н. Постійна часу розряду конденсатора t_р = R_н С_н >> t_з, тому розряд С_н проходить значно повільніше ніж його заряд. Розряд продовжується до моменту часу t = t₂, при якому напруга U_д стає рівна нулю.

Починаючи з t₂ діод знову відкривається і конденсатор починає заряджатися. В результаті серії зарядів і розрядів на виході АД створюється продетектована напруга Е_д, яка має пульсуючу складову з частотою сигналу. Враховуючи, що час t_р в практичних схемах АД в багато раз більший періоду несучої U_вх рівень пульсацій Е_д дуже малий.

Uвх Eд Uвх

t1 t2 t

Рис.19.5 Часова трактовка принципу роботи АД.

Лекція №20 Спотворення сигналу при амплітудному детектуванні. Амплітудні детектори на підсилювальних елементах.

План

1. Спотворення сигналу при амплітудному детектуванні.

2.АД на підсилюючих елементах.