Амплитудное детектирование

Объединяя нелинейные элементы с соответствующими линейными частотно-избирательными звеньями, можно создавать устройства для детектирования (демодуляции) радиосигналов.

Операция амплитудного детектирования прямо противоположна амплитудной модуляции. Имея на входе идеального детектора АМ-колебание следует получить на выходе низкочастотный сигнал, пропорциональный передаваемому сообщению. Эффективность работы детектора принято оценивать коэффициентом детектирования равным отношению амплитуды низкочастотного сигнала на выходе к «размаху» изменения амплитуды высокочастотного сигнала на входе:

k = U /(M U ), (16)

Можно осуществить детектирование, подав АМ-сигнал на безынерционный нелинейный элемент и предусмотрев последующую фильтрацию низкочастотных составляющих спектра.

Диодный детектор АМ-сигналов. Широко используется диодный детектор, особенно пригодный для работы с сигналами большого уровня. Такой детектор образован последовательным соединением диода и параллельной RC-цепи, которая выполняет роль частотного фильтра. Параметры RC-цепи выбирают согласно условиям:

1/(ω С )<< R , 1/ (Ω С ) >> R . (17)

Это означает, что для сигнала с частотой модуляции Ω нагрузка детектора практически резистивна и равна R , в то же время модуль сопротивления нагрузки, а значит, и коэффициент передачи системы на несущей частоте ω пренебрежимо мал.

Будем считать, что диод имеет кусочно - линейную ВАХ с нулевым напряжением начала:

I (u)=

Для нормальной работы детектора необходимо, чтобы сопротивление резистора нагрузки R значительно превышало сопротивление диода в прямом направлении, т.е. чтобы SR >>1. Пусть на вход детектора подан немодулированный гармонический сигнал U (t) = U cos ω t. Конденсатор заряжается через открытый диод гораздо быстрее, чем разряжается через высокоомный резистор нагрузки. Поэтому осциллограмма выходного сигнала представляет собой пилообразную кривую с малой относительной высотой зубцов. Средний уровень выходного напряжения близок к амплитуде входного сигнала. Таким образом, диод большую часть периода оказывается запертым.

Пренебрежем указанным непостоянством выходного сигнала и будем считать, что U - постоянная величина. Заметим далее, что напряжение U приложено к диоду в обратном направлении и служит для него напряжением смещения U =– U .

Коэффициент детектирования данного устройства k = U /U = cos может быть сделан близким к единице, поскольку U U , а значит, угол отсечки тока достаточно мал.

Угол отсечки находят из соотношения:

- U =I R =SU () R ,

откуда следует трансцендентное уравнение:

cos = (S R / )(sin - cos ) или tg - = / 9SR (18)

При SR >> 1 корень этого уравнения близок к нулю, так что из (18) вытекает формула расчета коэффициента детектирования:

k = cos[ )]. (19)

Схема электрическая принципиальная диодного АМ-детектора изображена на рис.4.

Рис.4. Электрическая принципиальная схема простейшего диодного

амплитудного детектора.

4. ОБЪЕКТЫИССЛЕДОВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

4.1. Функциональная схема измерительной установки и состав оборудования

Студенты в рамках настоящей работы под руководством преподавателя, используя штатные измерительные приборы, соединительные кабели и макет модулятора со встроенным блоком питания собирают измерительную установку согласно схемы, указанной на рис.5.

В качестве измерительных приборов используют:

1. Генератор несущего сигнала – генератор сигналов низкочастотный Г3-118, работающий в диапазоне частот от 0,1 Гц до 200 кГц.

2. Генератор модулирующего сигнала – генератор сигналов специальной формы Г6-26, формирующий синусоидальные, прямоугольные сигналы и синхроимпульс в диапазоне частот от 0,001 Гц до 10 кГц.

3. Осциллограф универсальный С1-65А, работающий в диапазоне частот от 0 Гц до 10 мГц и с максимально допустимым суммарным значением постоянного и переменного напряжением исследуемого сигнала до 300 В.

4. Милливольтметр переменного тока В3-37, работающий в диапазоне частот от 50 Гц до 1 мГц и с максимально допустимым суммарным значением постоянного и переменного напряжением исследуемого сигнала до 300 В.

5. В качестве модулятора используется макетное устройство, собранное по схеме, изображенной на рис.3.

Рис. 5. Функциональная схема измерительной установки