Исследование диодного детектора.

(файл:204.ewb)

Детектированием называется процесс выделения модулирующего сигнала из модулированного высокочастотного колебания. В зависимости от вида модуляции этого колебания различают детекторы амплитудные, частотные, фазовые, импульсные и т.д. Амплитудный детектор состоит нелинейного элемента (или линейного с переменным параметром) и фильтра нижних частот, которое выделяет низкочастотное напряжение сигнала. Необходимость использования нелинейного элемента определяется тем обстоятельством, что в частотном спектре амплитудно-модулированного колебания нет составляющих с частотой модуляции.

Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы сопротивление нагрузки значительно превышало внутреннее сопротивление открытого диода (R_н »R_i). Кроме того, цепь нагрузки должна выполнять роль фильтра, подавляющего высокочастотные спектральные составляющие.

Пусть на вход детектора подан немодулированный гармонический сигнал U_вх = U_m∙cosωt. Заряд конденсатора С_н через внутреннее сопротивление открытого диода происходит гораздо быстрее, чем его разряд через большое сопротивление нагрузки R_н, и поэтому, выходное напряжение представляет собой почти постоянное напряжение с небольшими пульсациями. Средний уровень выходного напряжения близок к амплитуде входного сигнала.

Основные качественные показатели работы детектора.

1. Коэффициент передачи детектора – отношение амплитуды переменного напряжения на выходе детектора U_mΩ к амплитуде огибающей входного модулированного напряжения m∙U_m0:

2. Входное сопротивление детектора – отношение амплитуды несущей U_m0 входного сигнала к амплитуде первой гармоники входного высокочастотного тока: +

3. Степень нелинейных искажений, которая оценивается обычно коэффициентом гармоник:

Режим работы детектора и его показатели во многом определяются амплитудой входных колебаний. Различают режим детектирования слабых сигналов (U_вх< 0,3 В) и режим детектирования сильных сигналов (U_вх > 1В).

На рис.1 представлена схема последовательного диодного детектора амплитудно-модулированных сигналов. В данной схеме VD1 – диод, выполняющий роль преобразующего элемента, C1, R3 – фильтр низких частот.

Рис.1. Схема диодного амплитудного детектора.

Задание. Исследовать основные закономерности детектирования амплитудно-модулированных колебаний диодным детектором с помощью программы Electronics Workbench.

Порядок выполнения работы.

Зарисовать принципиальную схему.

1.1. Исследовать зависимость выходного напряжения детектора от сопротивления нагрузки.

Установить переключатель S1 в нижнее положение, параметры источника АМ-сигнала U2: U₀ =2В, ω=500кГц, Ω=5 кГц, m=0,5, сопротивление резистора R3 равным 100 Ом. Посмотреть по осциллографу Oscilloscope и зарисовать формы входного и выходного сигналов.

Повторить те же действия для R3=5кОм и R3=50кОм.

1.2. Снять зависимости коэффициента передачи детектора от амплитуды входного напряжения.

Установить переключатель S1 в верхнее положение, параметры источника немодулированного сигнала U1: ω=500кГц, φ₁ =0. Изменяя напряжение на входе детектора от 0 В до 2 В с шагом 0,5 В, снять кривую детектирования для различных сопротивлений R3 (5кОм, 50 кОм). Измерения производить с помощью осциллографа.

Результаты измерения внести в таб.1 и построить соответ­ствующие графики зависимости К_ад = f (U_вх )

Таб.1.

1.3. Определить коэффициент передачи напряжения амплитудно-модулированного сигнала.

Установить переключатель S1 в нижнее положение, параметры источника АМ-сигнала U2: U₀ =3В, ω=500кГц, Ω=5 кГц, m=0,8. Измерить выходное напряжение детектора для двух сопротивлений нагрузки детектора R3 = 5кОм и R3= 50кОм. По данным измерений определить коэффициенты передачи детектора.