logo

Главная Детекторы АМ-детекторы

Детекторы сигналов с амплитудной модуляцией (АМ)

Печать
Схемотехника - Схемотехника и конструирование схем

 

Детектирование АМ-сигналов сводится к одно- или двухполупериодному выпрямлению исходного ВЧ(ПЧ) сигнала с последующим сглаживанием пульсаций фильтром, вносящим минимальные частотные искажения в продетектированный сигнал. Для выпрямления могут применяться как одиночные диоды, так и несколько диодов, включенных по полумостовой или мостовой схемам.

В детекторах АМ-сигналов могут использоваться многие высокочастотные диоды (универсальные диоды, детекторные диоды СВЧ, импульсные диоды, обращенные диодымаломощные выпрямительные диоды и т.п., в зависимости от параметров исходного сигнала), в т.ч. диоды Шоттки, диоды с накоплением заряда, лавинные диоды.

На рис. 3.6‑1, 3.6‑2 приведены схемы простейших диодных АМ-детекторов, применяемых в бытовых радиоприемниках, а на рис. 3.6‑3 — схема мостового детектора в составе измерителя ВЧ напряжения.

 

Простейший диодный АМ-детектор

Рис. 3.6-1. Простейший диодный АМ-детектор

 

Детектор АМ-сигналов на двух диодах

Рис. 3.6-2. Детектор АМ-сигналов на двух диодах

 

Измеритель напряжения ВЧ сигнала на основе мостового диодного АМ-детектора

Рис. 3.6-3. Измеритель напряжения ВЧ сигнала на основе мостового диодного АМ-детектора

 

Для приведенных схем характерна существенная зависимость коэффициента передачи от уровня входного ВЧ(ПЧ) сигнала. Это обусловлено в первую очередь нелинейностью вольт-амперной характеристики основного рабочего элемента детектора — полупроводникового диода. Такая нелинейность может вызывать ощутимые искажения выходного сигнала детектора (эти искажения тем выше, чем ниже уровень входного сигнала).

Для борьбы с нелинейными искажениями используется ряд методик, например, компенсация с помощью нелинейной зависимости входного сопротивления \(R_{вх}\) детекторного каскада:

\(R_{вх} = \cfrac{0,5 R_н}{K_{дет}}\),

где:

    \(K_{дет}\) — коэффициент передачи детектора,

    \(R_н\) — сопротивление нагрузки детектора при последовательном включении диода с нагрузкой.

 

Оптимальная компенсация зависимости коэффициента передачи детектора от входного напряжения обратной зависимостью его входного сопротивления достигается при согласовании входного сопротивления детектора с выходным сопротивлением каскада УВЧ (УПЧ) при минимальном выбранном входном напряжении сигнала на входе детектора (для приведенных выше схем при применении германиевых диодов минимальный уровень входного сигнала лежит в пределах 30...50 мВ, при этом \(K_{дет} \approx 0,2\)). Согласование может осуществляться, например, регулировкой коэффициента включения детектора (\(P_{дет}\)) в выходной контур усилителя:

\( P_{дет} = \sqrt{\cfrac{R_н}{2 K_{дет} R_{0 рез}}}\), 

где:

    \(P_{дет}\) — коэффициент включения детектора, равный отношению числа витков катушки связи с детектором к числу витков основной катушки контура, на которую нагружен выходной каскад УВЧ (УПЧ);

    \(R_{0 рез}\) — резонансное сопротивление ненагруженного контура.

 

Еще один способ компенсации нелинейных искажений предполагает включение на входе детектора дополнительного нелинейного элемента. Например, в схеме на рис. 3.6-4 используется варикап, который включается последовательно в цепь передачи ВЧ сигнала на входе амплитудного детектора. Этот варикап обеспечивает мгновенную автоматическую регулировку коэффициента передачи детектора, уменьшая его при увеличении амплитуды входного сигнала и увеличивая при уменьшении амплитуды входного сигнала. Такая схема особенно хорошо проявляет себя в приемниках прямого усиления, для которых широкий динамический диапазон детектора имеет важнейшее значение.

Дополнительное снижение коэффициента гармоник детекторного каскада возможно при незначительном прямом смещении рабочей точки выпрямляющих диодов. При этом для полезного сигнала оказывается заблокированным начальный существенно нелинейный участок прямой ветви ВАХ диода. Поэтому приведенные выше схемы включают цепи коррекции рабочей точки.

 

АМ-детектор с автоматической компенсацией нелинейных искажений

Рис. 3.6-4. АМ-детектор с автоматической компенсацией нелинейных искажений

 

На характеристики продетектированного сигнала влияет также выбранная схема выходного фильтра и входные параметры УНЧ. Например, в схеме на рис. 3.6‑1 емкость конденсатора \(C3\) необходимо выбирать достаточно большой для наилучшего сглаживания пульсаций, однако не более \(0,25 / F_ в R_н \), где \(F_в\) — наивысшая частота модуляции, \(R_н\) — сопротивление нагрузки. Для уменьшения влияния входа УНЧ на работу детектора сопротивление нагрузки \(R_н\) обычно выбирают равным не более 2...10 кОм. Сопротивления нагрузки детектора для постоянного тока и тока звуковой частоты должны отличаться как можно меньше (не более 20%).

Детекторы, в которых используются германиевые диоды, имеют высокую чувствительность и удовлетворительные характеристики при достаточно малых уровнях входного сигнала. Детекторы на кремниевых диодах имеют повышенную линейность, широкий динамический диапазон и более высокую стабильность параметров при изменении температуры. Очень высокая чувствительность может быть получена при применении обращенных диодов, которые обладают повышенной крутизной ВАХ и низким уровнем собственных шумов.

В приведенных схемах АМ-детекторов, несмотря на специальные меры, общая характеристика передачи все-таки оказывается нелинейной. От этого недостатка свободны специальные линейные детекторы на операционных усилителях (ОУ). В таких детекторах выпрямляющий диод по прежнему играет роль основного рабочего элемента, а ОУ, охваченный глубокой ООС, обеспечивает линейность передаточной характеристики и попутно значительное усиление сигнала (коэффициент передачи может достигать 30..40). Упрощенная схема и диаграммы работы такого детектора приведены на рис. 3.6-5.

 

Упрощенная схема линейного АМ-детектора на ОУ (а) и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

Рис. 3.6-5. Упрощенная схема линейного АМ-детектора на ОУ (а)
и временные диаграммы, поясняющие его работу (б)

 

Узел на \(DA1\) осуществляет однополупериодное выпрямление входного сигнала. По цепи \(VD2\), \(R2\), независимо от ее сопротивления, протекает стабильный ток (генераторы стабильного тока на ОУ с ООС широко распространены), мгновенное значение уровня которого пропорционально мгновенной амплитуде входного сигнала \(U_{вх}\). В связи с этим, выходное напряжение \(U_{вых}\), снимаемое с резистора \(R2\) с точностью до фазы повторяет тот полупериод входного сигнала, для которого диод \(VD2\) оказывается открытым. В приведенном случае отрицательный полупериод входного сигнала после инвертирования в \(DA1\) превращается в положительный и открывает диод \(VD2\). Для другого полупериода \(VD2\) закрыт. Диод \(VD1\) выполняет вспомогательную функцию защиты от перегрузок \(DA1\) положительными сигналами и триггерного эффекта.

Для получения двухполупериодного преобразования схема на \(DA1\) должна быть дополнена еще одним узлом (на рис. 3.6-5 узел на \(DA2\)), представляющим собой обычный инвертирующий сумматор. В этом случае, получаемые с выхода первого узла положительные полуволны выпрямленного сигнала \(U_{вых}\), поступая через резистор \(R4\) в точку суммирования (инвертирующий вход \(DA2\)), подвергаются в \(DA2\) усилению в два раза. Поступающий через \(R5\) в ту же точку исходный сигнал \(U_{вх}\), не претерпевая амплитудных изменений в \(DA2\), компенсирует наполовину сигнал \(2 U_{вых}\), образуя на выходе детектора только отрицательные импульсы, повторяющие по форме положительные и отрицательные полуволны исходного сигнала.

На рис. 3.6-6 представлен еще один вариант построения линейного АМ-детектора. В этой схеме на одном ОУ обеспечивается двухполупериодное выпрямление входного сигнала.

 

Упрощенная схема линейного АМ-детектора с двухполупериодным выпрямлением на одном ОУ

Рис. 3.6-6. Упрощенная схема линейного АМ-детектора с двухполупериодным выпрямлением на одном ОУ

 

Пример практической реализации линейного АМ-детектора приведен на рис. 3.6-7.

 

Линейный АМ-детектор

Рис. 3.6-7. Линейный АМ-детектор

 

 

 



Все права защищены © 1997-2011 Перепечатка возможна только по согласованию с владельцем авторских прав. admin@club155.ru

Яндекс.Метрика               Сервер радиолюбителей России - схемы, документация,

 соревнования, дипломы, программы, форумы и многое другое!   схемы новости электроники