Исследование основных характеристик амплитудного диодного детектора

Цель работы: исследование основных характеристик амплитудного диодного детектора.

Принципиальная схема лабораторной установки

Рис. 1. Схема лабораторного макета.

Экспериментальная часть работы

1.  Предварительная настройка макета и измерение центральной частоты контура на входе детектора.

Значение центральной частоты АЧХ: ;

Значение коэффициента передачи на этой частоте: .

2.  Измерение амплитудной характеристики детектора.

Глубина модуляции при измерениях – 50%.

Амплитуда сигнала генератора, мВ	0.2	0.5	1	2	5	10	20	50
Амплитуда огибающей ВЧ сигнала на входе детектора, мВ	14.11	43.94	71.33	131.7	294.7	561	1077	2314
Амплитуда продетектированного НЧ сигнала, мВ	4.97	13.57	25.38	49.21	131.4	269.9	525	1044
Коэффициент передачи детектора	0.35	0.31	0.36	0.37	0.45	0.48	0.49	0.45
Коэффициент нелинейных искажений	8.54	6.16	5.64	4.4	2.54	0.79	2.62	4.18

Рис. 2. Зависимость коэффициента передачи детектора от амплитуды сигнала генератора.

Детектирование сильных сигналов характеризуется приблизительно постоянным коэффициентом передачи детектора. Как видно из рис.2., такая зависимость начинается с амплитуды входного сигнала генератора .

3.  Исследование зависимости коэффициента передачи от сопротивления нагрузки детектора.

Коэффициент передачи диодного детектора в режиме детектирования сильных сигналов можно определить по формуле:

Крутизна детектора: .

Сопротивление нагрузки детектора, кОм	5.1	20	39
Теоретический коэффициент передачи детектора	0.84	0.93	0.95
Экспериментальный коэффициент передачи детектора	0.44	0.48	0.46

4.  Определение входного сопротивления детектора.

Сопротивление нагрузки детектора, кОм	5.1	20	39	X
Полоса пропускания контура при отключенном детекторе (), кГц	X	X	X	9
Полоса пропускания контура при подключенном детекторе (), кГц	25	14	12	X
Входное сопротивление детектора, кОм	5	15.6	26	X

Входное сопротивление детектора определяется по формуле:

,

где  - коэффициент включения детектора в контур ();  - емкость контура ();, - полосы пропускания контура при подключенном и отключенном детекторе, соответственно.

5.  Исследование влияние инерционности нагрузки детектора на выходной сигнал.

При измерениях: глубина модуляции – 80%.

                              емкость нагрузки – 0.033 мкФ.

·   в положении «2» (сопротивление нагрузки )

           Коэффициент нелинейных искажений: 1.35%

Рис. 3. Осциллограмма выходного сигнала при .

·   в положении «3» (сопротивление нагрузки )

           Коэффициент нелинейных искажений: 7.2%

Рис. 4. Осциллограмма выходного сигнала при .

·   в положении «4» (сопротивление нагрузки )

           Коэффициент нелинейных искажений: 13.3%

Рис. 5. Осциллограмма выходного сигнала при .

6.  Исследование влияние входного сопротивления УНЧ на выходной сигнал.

При измерениях: емкость нагрузки – 0.01 мкФ.

·    в положении «2» (сопротивление нагрузки )

  Коэффициент нелинейных искажений: 3.62%

Рис. 6. Осциллограмма выходного сигнала при .

·   в положении «3» (сопротивление нагрузки )

 Коэффициент нелинейных искажений: 16.34%

Рис. 7. Осциллограмма выходного сигнала при .

·   в положении «4» (сопротивление нагрузки )

 Коэффициент нелинейных искажений: 26.35%

Рис. 8. Осциллограмма выходного сигнала при .

Выводы:

1.  При амплитуде сигнала генератора , амплитудный детектор работает в режиме детектирования слабого сигнала. В этом режиме коэффициент передачи детектора зависит от амплитуды несущей сигнала, из-за проявляющейся нелинейности ВАХ диода, что приводит к высокому уровню нелинейных искажений (КНИ в этом режиме по п.2 составляет 4-8%). Согласно теоретической зависимости коэффициент передачи детектора должен линейно зависеть от амплитуды  несущей, а КНИ должен быть равен . Экспериментальные несколько данные расходятся с теорией.

2.   При амплитуде сигнала генератора , амплитудный детектор работает в режиме детектирования сильного сигнала. В этом режиме ВАХ диода может считаться практически линейной, а следовательно коэффициент передачи детектора должен оставаться постоянным. Согласно теоретическим данным  вследствие линейности рабочего участка ВАХ диода в этом режиме нелинейные искажения должны полностью отсутствовать, но на практике они появляются и обусловлены проявляющейся при больших уровнях сигнала нелинейностью УПЧ.

3.  Формула для расчета коэффициента передачи диодного детектора получена в предположении отсутствия частотных искажений сигнала, на практике, из-за влияния инерционности нагрузки проявляющейся в увеличении постоянной времени разряда ФНЧ при увеличении сопротивления нагрузки коэффициент передачи детектора значительно отличается от теоретического.

4.  Входное сопротивление последовательного диодного детектора можно приближенно определить по формуле: .  При малом угле отсечки. Как видно из экспериментальных данных при уменьшении угла отсечки (т.е. при увеличении сопротивления нагрузки) входное сопротивление детектора действительно стремиться к этому соотношению.  

5.  При увеличении сопротивления нагрузки детектора увеличивается постоянная времени разряда фильтра , что приводит к тому, что напряжение на нагрузке детектора не успевает отслеживать изменения огибающей входного сигнала, т.е. возникают нелинейные искажения. Причем чем больше сопротивление нагрузки детектора, тем выше уровень этих искажений. Экспериментальные данные соответствуют теории.

6.  Нелинейные искажения в виде отсечки выходного напряжения (тока) детектора обусловлены различием сопротивления детектора по постоянному и переменному токам. Уровень этих искажений можно характеризовать различием сопротивления нагрузки детектора  и входного сопротивления УНЧ , т.к. именно эти сопротивления определяют угол наклона нагрузочных прямых детектора по постоянному и переменному токам и обуславливают величину отсечки выходного напряжения (тока). Таким образом, по мере увеличения сопротивления нагрузки (т.е увеличения различия м/у  и) величина нелинейных искажений увеличивается. Экспериментальные данные соответствуют теории.