Нелинейные и параметрические цепи, страница 7

Рассмотрим теперь пример другой апроксимации ВАХ диода. Пусть нелинейное сопротивление цепи при  имеет квадратичную ВАХ, а схема детектора двухполупериодная. Тогда мы можем считать ВАХ нелинейного двухполюсника  чётной функцией напряжения, рис. 4.24а. . В результате,  . Спектры входного сигнала и тока изображены на рис. 4.24. В спектре тока нет составляющих исходного сигнала. Это особенность двухполупериодной схемы. Для однополупериодной схемы детектирования эти составляющие будут. Низкочастотные составляющие появились. После выделения их ФНЧ, мы получим ожидаемый сигнал, но с примесью второй гармоники частоты модуляции. . Это уже типичные нелинейные искажения, которые непосредственно видны на рис. 4.24а, а следовательно ухудшение качества передачи информации. Квадратичный детектор оказался хуже «линейного».

По этой причине в радиовещании принята максимально допустимая глубина  модуляции всего 30%. В приёмниках в качестве детекторов используются диоды с более линейной характеристикой в рабочей области. На диоды подают напряжения порядка вольта и больше, чтобы выйти за пределы сильно нелинейного начального участка характеристики.

В заключение рассмотрим синхронное детектирование или преобразование на нулевую частоту. На нелинейный элемент поступают два сигнала, исходный модулированный  и «опорный» на частоте несущей . Нелинейный элемент осуществляет их перемножение. . Фильтром выделяем низкочастотную составляющую с амплитудой . Преимущество синхронного детектирования состоит в том, что оно чувствует фазу несущей частоты (множитель ), и поэтому может служить фазовым детектором. При обычном детектировании информация о частоте и фазе несущего сигнала утрачивается полностью.

4.6.7. Параллельная схема выпрямления и детектирования.

Мы рассмотрели последовательную схему выпрямления и детектирования, когда диод включён последовательно с нагрузкой, рис. 4.25а. Однако, на практике широкое применение находит и параллельная схема, рис. 4.25б, где диод включён параллельно нагрузке. Пусть  и . В обеих схемах конденсатор функционирует одинаково. Он быстро заряжается через диод почти до амплитудного значения  и медленно разряжается через нагрузку, когда диод заперт. Напряжение на конденсаторе меняется очень мало, . Для последовательной схемы . Для параллельной схемы . Поэтому, если , то , т.е. получается путём смещения входного напряжения на амплитудное значение вниз, рис. 4.25в. На самом деле, верхние части сигнала будут ограничены диодом, который открывается на короткое время  , чтобы подзарядить конденсатор. Постоянная составляющая выходного напряжения .

Как выпрямитель для питания различных устройств параллельная схема не используется, так как даёт очень большие «пульсации» напряжения (большая переменная составляющая). Однако, она имеет важное преимущество перед последовательной. Постоянная составляющая напряжения на выходе параллельной схемы не зависит от постоянной составляющей входного напряжения. В самом деле, пусть , где  есть постоянная составляющая входного напряжения. До какого напряжения теперь зарядится конденсатор? До напряжения . И опять . Напряжение на выходе останется таким же, каким оно было без постоянной составляющей. Ситуация изображена на рис. 4.26а.

Параллельная схема находит широкое применение: в вольтметрах, при измерении переменного напряжения; в приёмниках и телевизорах, в блоках автоматической регулировки усиления; во многих других устройствах.

Приведём один пример преобразования сложного сигнала. Пусть входное напряжение представляет амплитудно-модулированный сигнал (несущая частота ), как на рис. 4.22б. Тогда на выходе параллельной схемы мы получим сигнал, изображённый на рис. 4.26б. При этом должно выполняться условие  , где  есть период модуляции. Выходное напряжение оказывается «привязанным» верхушками к нулевому уровню. Если мы хотим «привязать» сигнал к другому уровню, то надо включить источник постоянного напряжения  последовательно с диодом.