Детектирование АМ сигналов.

 

Детектирование колебаний – это выделение сигнала, несущее в себе

передаваемое сообщение, которое в неявном виде содержится в модулированном колебании. При детектировании спектр сигнала сдвигается в область низких частот. Преобразование спектра осуществляется нелинейным элементом.

Схема детектора амплитудно-модулированных сигналов приведена на рис.6.1.1

 

 

Рис.6.1.1.

 

При амплитудном детектировании  выделяется огибающая модулированного сигнала. Преобразование частотного спектра осуществляется нелинейным элементом и фильтром нижних частот ФНЧ. В качестве нелинейного элемента применяют полупроводниковый диод.

 

 

На вход детектора подается модулированное колебание вида  U= (1+m , в спектре которого содержатся только высокочастотные составляющие: несущее колебание  и колебания боковых частот    

 

                   рис.6.1.1

вход

детектора

0

fп-F  fп fп+F

f

 

f

выход

                                               

F

 

 

                                     Рис.6.1.1

 

На выходе детектора выделяется напряжение с низкочастотным спектром передаваемого сообщения U_0m m , где = U_om m-амплитуда напряжения низкой частоты.

Вольтамперная характеристика полупроводникового диода  приведена на рис.6.1.2. Она имеет два характерных участка: нелинейный до 0.3в и линейный в пределах от 0.5 в. В пределах этих участков процессы детектирования будут различаться.

Iд

0.3 1.0

                                           

 

 

+Uв

 

 

Рис.6.1.2.

При малой амплитуде сигнала (до 0.3в) на входе детектора работа происходит на нелинейном участке ВА характеристики с квадратичной зависимостью .  

Ток через диод определяется как сумма составляющих:

 

i(t)=i₀+ U(t) + (t)+ …,

 

где U(t)=E(t)  –мгновенное значение высокочастотного сигнала, амплитуда которого E(t) модулирована по закону передаваемого сообщения. Тогда i(t)

      i(t)=  + E(t) t +  + (t) + …

Постоянная составляющая i₀ (ток покоя) и высокочастотные составляющие  и 2  отфильтровываются в цепи нагрузки.

Информация содержится в низкочастотном слагаемом:

I_нч = (t)

Составляющая тока i_нч пропорциональна квадрату амплитуды входного напряжения. При малых амплитудах (U  0,1 0,2 В) детектирование является квадратичным.

Напряжение на нагрузке R_н равно U_вых(t)=i_нчR_н, а, следовательно, напряжение на нагрузке пропорционально квадрату амплитуды входного сигнала E(t).

 При детектировании сигналов с большими амплитудами (0.5 1 В) схема работает с отсечкой тока, т.е. ток через диод протекает меньше чем половина периода входного сигнала. При достаточно больших значениях  и С_н конденсатор не успевает разрядиться за половину периода входного сигнала и время протекания тока через диод составляет часть полупериода, который называется понятием двойного угла отсечки 2 . В этом случае напряжение на конденсаторе есть выпрямленное напряжение U₌ = U_{m .}. Связь между величиной выходного сигнала и амплитудой на входе детектора Е(t)=U_m линейна. Такой вид детектирования называется линейным, вольтамперная характеристика диода представляется кусочно-ломанной линией  рис.6.1.3.

Iд

0

                                            

+Uв

 

                             Рис.6.1.3

 

Основными параметрами диодного детектора являются :

1.коэффициент передачи детектора - К_д ;

2. входное сопротивление детектора - R_вх ;

3.коэффициент нелинейных искажений – К_нел.

Коэффициент передачи детектора К_д есть отношение постоянной составляющей напряжения на выходе детектора ₌ к амплитуде входного напряжения для немодулированного сигнала U_m        

                                                   К_д=

Коэффициент передачи детектора для модулированного колебания есть отношение амплитуды напряжения низкой частоты на выходе детектора к приращению амплитуды входного сигнала m

                                                 К_д=

Входное сопротивление детектора – это влияние схемы детектора на источник входного напряжения. Входным сопротивлением называется отношение амплитуды напряжения  на входе детектора к амплитуде первой гармоники выпрямленного тока , которая содержится в выходном импульсе тока.

R_вх=

Напряжение на входе детектора приводит к появлению несинусоидального тока в виде импульсов одной полярности. В спектре этого тока содержится постоянная составляющая, составляющая несущей частоты  и ее гармоники. При протекании тока через контур, обладающий резонансными свойствами, на контуре создается падение напряжения составляющей тока несущей частоты (для постоянной составляющей и высших гармоник сопротивление контура равно 0).   Влияние входного сопротивления детектора проявляется в изменении

затухания колебательного контура последнего каскада УПЧ, что приводит к изменению полосы пропускания всего УПЧ.         

 

Детекторная характеристика определяет связь выпрямленного тока I₌ и амплитуды ВЧ напряжения на входе детектора. Детекторная характеристика зависит от величины сопротивления нагрузки R_н.       

При КЗ детектора (R₁=0) детекторная характеристика существенно нелинейна.

При больших R=R₃ характеристика почти линейна, что свидетельствует о пропорциональности между  и амплитудой ВЧ напряжения. Нелинейность уменьшается с увеличением R рис.6.1.4.

 

 

R1

R2

R3

Um

 

 

                                                

 

 

Рис.6.1.4.

Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью детекторной характеристики. При подаче на вход детектора АМ-колебания на выходе детектора помимо полезной составляющей  имеются высшие гармоники 2 , 3 , постоянная составляющая, составляющие гармоник ВЧ сигнала , 2 , 3 . Высокочастотные составляющие отфильтровываются.

Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейности

 100%