Детекторы АМ, импульсных и дискретных сигналов

8. Детекторы АМ, импульсных и дискретных сигналов

8.1 Определение, назначение, классификация и основные параметры

АД – это устройство, обеспеч. Преобразование АМ сигнала в напряжение, изменяющееся по закону амплитудной модуляции. Его место в супергетеродине –рис.8.1.

На рис.8.2 показаны сигналы на входе и выходе АД.

Классификация: по назначению:

1.  Для детектирования сигнала.

2.  Для системы АРУ (АД используются для формирования управляющего напряжения).

3.  Совмещающие эти функции.

По принципу действия:

1.  С использованием нелинейного эффекта (применяют в простых односторонних ограничителях – простота реализации, низкий Кр)

2.  Корреляционные (используют микросхемы аналоговых перемножителей).

3.  синхронные или когерентные (используют микросхемы фазовой автоподстройки).

4.  Выделяющие огибающую комплексного сигнала (применяют рпи цифровой обработке, не требуют фильтров, можно детектировать сигнал при любом соотношении между частотами заполнения и огибающей.

По типу используемых нелинейных элементов и способу включения нагрузки:

Диодные – последовательные, параллельные, с удвоением выходного напр.

Транзисторные – коллекторные (стоковые) и эммитерные (истоковые).

Основные характеристики АД:

1.  Детекторная характеристика ( ΔIo от Uвх) – зависимость приращения постоянного (выпрямленного) тока в установившемся режиме от амплитуды вызвавшего это приращение немодулированного сигнала.

2.  Коэфф. передачи (1). Где сверху – ампл. Переменного напряжения на выходе, а снизу – амплит. Огибающей на вх. Детекора, m–коэфф. амплит. Модуляции. Сигнал на входе (3).

3.  Коэфф. нелинейных искажений – коэфф. гармоник Кг=(2).

4.  Частотная характеристика – зависимость Кд от часоты модуляции.

5.  Крутизна детекторной характеристики (2).

6.  Коэфф. фильтрации (3).

7.  Входное сопротивление (1).

8.  Динамический диапазон амплитуды входного сигнала.

9.  Диапазон рабочих частот.

8.2 Принцип работы и схемы АД

Принцип работы простого диодного детектора основан на отсечении отрицательной полуволны  модулированного сигнала и фильтрации частоты заполнения в ФНЧ.

Структурная схема и график работы приведены на рис.8.3.

Рис.8.3.

Последовательный диодный детектор.

Рис.8.4.

Его достоинства и недостатки: простота, малый Кр, малый Кг. Здесь питание диода и нагрузка вкл. последовательно и Rн – для замыкания пост. Составляющей тока, Сн – фильтр ВЧ напряжения и емкость нагрузки, Ср – для исключ. Попадания постоянного напр. На выход детектора. Для нормальной безинерционной работы детектора (4).

Рис. 8.5. – диаграмма сигнала на выходе детектора.

Параллельный диодный детектор.

Рис.8.6.

Его дост. И недостатки: можно подключить к источнику сигналов, находящемуся под напряжением, низкий Кр. Здесь Ср – для отсечки пост. Напр., Сф, Rф – фильтр ВЧ напряжения, Rн – для замыкания постоянной составляющей тока фильтра.

Диодный детектор с удвоением напряжения.

Рис.8.7.

Здесь Сн после прохождения периода сигнала заряжается до 2Uвх. Коэфф. передачи в два раза больше, чем у предыдущих АД.

Транзисторные АД могут быть коллекторные и эммитерные. Достоинтсва – одновременное усиление. Недостатки – большой уровень нелинейных искажений, меньше перегрузочная способность.

Схема коллекторного показана на рис.8.8

Рис.8.8.

Здесь делитель Rб1, Rб2 создает небольшое смещение на базе. Для шунтирования Rб2 по высокой частоте нужно условие для Сб (5). Детектирование происходит благодаря нелинейности проходной характеристики iк=ф(Uбэ). Эта детекторная характеристика имеет перегиб, показана на рис.8.9. перегиб объясняется переходом транзистора в режим ограничения.

Рис.8.9.

В этой схеме может проявляться эффект базового детектирования. Если (1), то ток от напряжения модулирующей частоты не создает падения напряжения на Rб2, т.е. эффект базового детектирования только по току.

Если же (2), то проявляется детекторный эффект по напряжению, т.е. появляется ООС, а это ведет к снижению нелинейных искажений, но и к снижению К передачи. Такое детектирование называется коллекторно–базовым.

Схема эммитерного детектора приведена на рис.8.10.

Рис.8.10.

Здесь роль сопрот. Нагрузки и фильтра выполняют Rэ и Сэ соответственно. Условие для их выбора тоже как (4 со стр.2). детектирование осуществляется за счет нелинейности проходной характеристики iэ=ф(Uбэ). Характеристика приведена на рис. 8.11.

Рис.8.11.

Достоинства и недостатки – малый уровень искажений (т.к. имеется 100% ООС по току за счет Rэ), исключена опасность перегрузки при больших входных сигналах, высокое входное и низкое выходное сопротивление, но Кпередачи <1.

Вообще, идеальной для мин. Искажений проходной характеристикой будет линейно–ломаная. Она обеспечивает высококачественные характеристики с самых малых вх. Сигналов.

Рис.8.12.

С целью создания такого детектора используют глубокую нелинейную ООС, осуществляющуюся при помощи диодов. У такого детектора характеристика близка к идеальной. Недостаток – низкие рабочие частоты.

Рис.8.13.

Его характеристика тем ближе к идеальной, чем выше Кп усилителя.

Схемы корреляционного, синхронного и детектора выделения огибающей комплексного сигнала – самостоятельно.

8.3 Эквивалентная схема детектора и его коэффициент передачи

Представим АД в виде 4–х полюсника на рис.8.14.

Рис.8.14.

На вход НЭ поступает СИН напряжение не модулированное. Из–за НЭ входные и выходные токи будут в общем случае не СИН. Нагрузка Zн выбирается так, чтобы она имела малое сопротивление для токов ВЧ.

При воздействии на вход напряжения с неизменной амплитудой Uм вх на выходе появится напряжение Uвых=U=, которое возникает за счет постоянной составл. Выходного тока. Это U= и представляет собой полезный результат детектирования.

Порядок действий при составлении эквивалентной схемы АД.

1.  Определяем постоянную составляющую выходного тока АД в виде функции (1) – зависим. Пост.тока от вх.и вых. U, приложенных к НЭ.

2.  Определим приращения dI=.

3.  Переход к малым конечным приращениям ΔI=.

4.  Находим приращения при модулированном входном сигнале ΔUм.