Модуляторы. Детекторы. Параметрические цепи (16-18 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 6

              При поступлении на управляющий вход двоичного фазового модулятора логической единицы +1 (см. рис. 16.14, а) двоичного кодового слова b(t) на выходе модулятора появляется фрагмент гармонического колебания uн1(t) (см. pис. 16.14, г) с начальной фазой, равной нулю градусов. При логическом нуле (-1) двоич­ного кодового слова (см. рис. 16.14, a), поступающего на управля­ющий вход модулятора, электронный ключ пропускает на выход модулятора фрагмент несущего колебания uн2(t) с начальной фа­зой, равной π (см. рис. 16.14, г).

Рис. 16.14. Диаграммы управляющего двоичного сигнала (а), первого (б) ивторого (в)

несущих колебаний и дискретного ФМ-колебания (г)

Таким образом, двоичные колебания с фазовой манипуляцией представляют собой последовательность радиоимпульсов, частота заполнения которых одинакова, а начальные фазы в пределах каж­дого единичного интервала (длительности импульса управляюще­го сигнала) различны.

ГЛАВА  17

ДЕТЕКТОРЫ

17.1. Детектирование АМ-колебаний

Под детектированием понимают процесс, преобразования мо­дулированного колебания в целях выделения модулирующего сиг­нала. Таким образом, детектирование — процесс, обратный моду­лированию, поэтому применительно к нему можно встретить и другое название — демодуляция. Устройства, с помощью которых производят детектирование, называются детекторами (Д).

При формировании модулированных колебаний используют различные сигналы в качестве несущих колебаний. Модулирую­щие сигналы могут быть как непрерывными, так и дискретными.

Рис. 17.1. Схема амплитудного детектора на полупроводнико­вом диоде

               При использовании несущего колебания, изменяющегося по гармо­ническому закону, в качестве мо­дулируемых параметров могут вы­ступать амплитуда, частота и фаза сигнала. Если несущее колебание — последовательность прямоугольных импульсов, то модулируемыми па­раметрами могут быть амплитуда, длительность, время появления и период следования импульсов. Модулированные колебания могут быть как с полным набором спектральных составляющих, так и с одной боковой полосой или с подавленной спектральной составляющей несущего колебания. Каждый вид модуляции требует своего подхода к организации процесса детектирования и построения детекторов, которые де­лят на амплитудные, частотные и фазовые.

              Рассмотрим АМ-колебание с несущей частотой ω0 В процессе детектирования необходимо выделить спектральные составляю­щие модулирующего сигнала, частоты которых лежат в диапазоне отΩmin  до  Ωmax.   Выполнить это можно, используя резисторы с

нелинейной ВАХ. В качестве этих резисторов могут выступать по­лупроводниковые диоды, транзисторы, электровакуумные при­боры. На рис. 17.1 приведена схема амплитудного детектора (АД) на полупроводниковом диоде.

Детектор состоит из полупроводникового диода VD, конденсатора С и резистора R.Принцип его работы основан на формировании в окрестности частот ω = 0, ω0, 2 ω0, ... множества групп спектраль­ных составляющих сигнала uAM(t) на выходе диода.

В последующем спектральные составляющие, расположенные в окрестности нулевой частоты ω= 0, выделяются фильтром нижних частот, выполненном на конденсаторе С и резисторе R. Выбор па­раметров элементов ФНЧ должен одновременно удовлетворять двум условиям:

                                                            1/( ΩmaxC) » R;                                          (17.1)

                                                                1/(ω0С) « R.(17.2)

Первое условие (17.1) говорит о том, что при детектировании АМ-колебания не будут потеряны спектральные составляющие мо­дулирующего сигнала вплоть до максимальной частоты спектра Ωmax сигнала. Второе условие (17.2) обеспечивает подавление всех спектральных составляющих сигнала, кроме модулирующего. Учи­тывая эти условия, можно наложить ограничение на величину постоянной времени τ = RCфильтра

Ωmax « 1/τ «ω0.

На рис. 17.2 показаны диаграммы аппроксимированной ВАХ диода, входного гармонического колебания, импульса тока и напряжения на выходе детектора. Прямая ветвь ВАХ полупроводни­кового диода (см. рис. 5.2, б) на начальном участке носит явно выраженный нелинейный характер. Далее ее вид становится близ­ким к линейному. Интенсивность спектральных составляющих АМ-колебания может быть как малой, так и большой. В первом случае преобразование спектра АМ-колебания происходит на начальном (нелинейном) участке ВАХ диода, а во втором — на линейном участке.

Пусть ВАХ диода аппроксимируется полиномом iд= a0+a1u+а2u2, а АМ-колебание описывается выражением uАM(t) = - Vу(t)соs(ω0t + φ), где Vy(t) = Vm[1- mAMcos(Ωt +ψ)] — огибающая АМ-колебания с тональной частотой Ω. В этом случае спектраль­ный состав тока диода можно описать в виде

iд(t) = Iо(t) + I1 (t)cos(ω0t + φ) + I2(t)cos[2(ω0t + φ)].

При детектировании выделяется спектральная составляющая I0(t) тока диода, которая применительно к полиному второй сте­пени, аппроксимирующему ВАХ диода, имеет вид

Рис. 17.2. Диаграммы аппроксимированной ВАХ диода (а), входного гар­монического колебания (б), импульса тока (в) и напряжения на выходе  детектора (г)

В этом выражении первые три слагаемых представляют собой постоянный ток, а два последних - переменные составляющие. Из них только слагаемое а2Vm2mAMcos(Ωt +ψ), изменяющееся с частотой Ω, отражает модулирующий сигнал. Составляющая же

0,25a2 Vm2 mAM2 cos[2Ωt +2ψ] изменяется с удвоенной частотой 2 Ω и приводит к возникновению нелинейных искажений. В общем виде коэффициент нелинейных искажений определяется выражением kнд =√(I2Ω2+ I3Ω2+ I4Ω2+….)/ IΩ, где  IΩ , I2Ω, I3Ω  и I4Ω — амплитуды первой, второй, третьей и четвертой гармоник, изменяющихся с частотами Ω, 2 Ω, 3 Ω и

 4 Ω.