Основные теоретические сведения. Амплитудный детектор (АД) - устройство, на выходе которого создается напряжение в соответствии с законом модуляции амплитуды входного гармонического сигнала

 

Амплитудный детектор (АД) - устройство, на выходе которого создается напряжение в соответствии с законом модуляции амплитуды входного гармонического сигнала. Если на входе АД действует напряжение u_вх = Uн(1 + mcosΩ t)cosω ₀t, модулированное по амплитуде колебанием с частотой F = Ω /2π (где Uн - амплитуда несущей, m - индекс модуляции), то график изменения этого напряжения во времени и его спектр имеют вид, показанный на рис.5.1а. Напряжение на выходе детектора Eд и его спектр приведены на рис. 5.1б. В зависимости от способа выполнения АД можно подразделить на синхронные детекторы, использующие линейную цепь с периодически меняющимися параметрами, и асинхронные, использующие нелинейные цепи. Коэффициент передачи АД можно найти по формуле:

Кд = U_F /mUн.

Основные характеристики амплитудных детекторов изображены на рис. 5.1.

 

а) Вход АД б) Выход АД

Рисунок 5.1 – Временные диаграммы и амплитудные спектры напряжений на входе и выходе АД

Основной характеристикой АД является детекторная характеристика, показывающая зависимость выпрямленного напряжения детектора Е_д от амплитуды Uн(1 + mcosΩ t) модулированного напряжения, подводимого ко входу. Данная характеристика показана на рис. 5.2.

Рисунок 5.2 – Детекторная характеристика и диаграммы изменения во времени амплитуд напряжений на входе и выходе детектора

 

Очевидно, для детектирования без искажений детекторная характеристика должна быть линейной. В этом случае по ее наклону можно определить коэффициент передачи Кд.

Принцип работы диодного АД. Схема последовательного АД (нагрузка и диод включены последовательно) приведена на рис.5.3. Принцип работы диодного АД можно пояснить с временной или спектральной точек зрения

 

 

Рисунок 5.3 -Схема диодного АД

 

Временная трактовка принципа работы АД. Пусть на вход АД поступает гармоническое напряжение с медленно меняющейся амплитудой u_вх = Uн cosω _оt (рис.5.4).

 

 

Рисунок 5.4 - Временная трактовка принципа работы АД.

 

Если напряжение u_вх положительно, то диод открывается и конденсатор нагрузки Cн начинает заряжаться. Постоянная времени заряда τ _з мала, так как определяется емкостью C_н и малым сопротивлением открытого диода.

Согласно рис.5.5 напряжение на диоде u_д = u_вх - Eд. В момент времени t₁ = θ диод закрывается, при этом u_вх < Eд и конденсатор начинает разряжаться через резистор Rн. Постоянная времени разрядка конденсатора τ _р = RнCн > > τ _з, поэтому разряд Cн происходит значительно медленнее, чем его заряд. Разряд конденсатора Cн продолжается до момента времени t₂=2π -θ, при котором u_д = 0 далее диод снова открывается и конденсатор Cн начинает заряжаться.

В результате на выходе АД создается продетектированное напряжение Eд, имеющее пульсирующую составляющую с частотой несущего сигнала. Уровень пульсаций мал при условии, что τ _р больше чем 1/fс.

Спектральная трактовка принципа работы АД. На рис.5.5 показан характер изменения тока диода при постоянной амплитуде детектируемого сигнала в установившемся режиме.

Рисунок 5.5 - Спектральная трактовка принципа работы АД

 

Пренебрегая пульсациями, считаем, что напряжение на выходе детектора Eд постоянно во времени (Uн =const) и обуславливает отрицательное напряжение смещения на диоде, на которое накладывается напряжение u_н. ВАХ диода i_д = f (u_д) для простоты рассмотрения аппроксимирована линейно-ломанной зависимостью с нулевым обратным током. Ток через диод i_д протекает при открытом диоде и представляет собой синусоидальные импульсы с углом отсечки θ < 90º. В этом токе (как в любой периодической функции) содержится постоянная составляющая Iдо и высокочастотные составляющие с частотами: fс, 2fс… Очевидно, что постоянная составляющая тока I_до протекает через сопротивление нагрузки Rн (по маршруту D-Rн-L-D), создавая на ней выпрямленное напряжение Eд = I_доRн, а высокочастотные составляющие замыкаются через Cн (по цепи D- С_н- L- D). Если входное напряжение -АМ колебание, то напряжение Eд изменяется в соответствии с законом изменения огибающей входного напряжения.

Частота среза ФНЧ f_ср определяется снижением АЧХ по уровню на 3 дБ относительно максимального значения и выбирается исходя из условия:

, а также Ω < < f_ср < < f_н,

где Ω - частота информационного сигнала, f_н - частота несущего колебания

Характеристика детектирования Eд = Uн cos θ при такой трактовке прямолинейна и детектирование осуществляется без искажений.