Тема 9. Перетворення сигналів в нелінійних електронних колах

4.4. Амплітудні детектори

                Детектування АМ-сигналів полягає у відновленні модулюючого сигналу S_мод(t), згідно з яким змінюється амплітуда модульованого сигналу. Детектування пов’язане з перетворенням спектра, яке полягає у створенні низькочастотних складових, котрих не було у спектрі АМ-сигналу.

                Узагальнена структурна схема амплітудного детектора аналогічна схемі, зображеній на рис.5.21. На виході нелінійного перетворювача у спектрі сигналу S_н(t) поряд з іншими спектральними складовими утворюється постійна складова струму І₀, величина якої залежить від амплітуди A_m(t) модульованого вхідного сигналу S_АМ(t). У разі зміни цієї амплітуди постійна складова складова струму І₀ теж змінюватиметься з низькою частотою. На виході детектора вмикають фільтр низьких частот (рис. 5.22, б), на резисторі R якого низькочастотна складова струму створює вихідну напругу, а високочастотні складові практично закорочує малий опір конденсатора С. Очевидно, що для цього значення параметрів R і C фільтра треба підбирати так, щоб задовольнялись співвідношення:

                                                                        (5.39)

де w та W – відповідно значення високої та низької частот у спектрі перетвореного сигналу S_н(t) на виході нелінійного перетворювача.

                Детектування АМ-сигналів здійснюється без нелінійних спотворень, якщо постійна складова струму І₀ нелінійного перетворювача пропорційна до амплітуди А_m високочастотного сигналу, що діє на вході детектора. Залежність I₀(A_m)  називають характеристикою детектування.

                Найпростішим детектором є діодний детектор, в якому роль нелінійного перетворювача відіграє  напівпровідниковий діод (рис.5.29).

Рис.5.29. Схема діодного детектора АМ-сигналів

 

                У разі слабких сигналів на вході детектора (A_m<...0,2 B) вольтамперну характеристику (ВАХ) діода iд=f(uд)звичайно апроксимують квадратичною параболою і знаходять, що постійна складова струму І₀ пропорційна до квадрата амплітуди А_m високочастотного вхідного сигналу І₀=к₁A²_m (к₁  – коефіцієнт пропорційності, який залежить від параметра апроксимувальної параболи).

                Якщо ж на детектор діють сигнали s достатньо великою амплітудою (A_m>0,5...1B), то у цьому разі ВАХ діода апроксимують кусково-лінійною залежністю, і при тому отримують лінійну залежність постійної складової струму I₀ від амплітуди А_m: I₀=к₂A_m (к₂ – коефіцієнт пропорційності, який залежить від крутості ВАХ діода та опору R низькочастотного фільтра).

                Отже, детектування слабких сигналів називають квадратичним детектуванням, а детектування сильних сигналів – лінійним. Недоліком квадратичного детектування є наявність значних нелінійних спотворень, які проявляються у виникненні вищих гармонік низькочастотного модулюючого сигналу.

                Лінійне детектування є бажаним режимом роботи детектора, бо у цьому разі нелінійні спотворення відсутні. Тому звичайно попередньо підсилюють АМ-сигнал, щоб досягти достатньо великої амплітуди, а відтак подають підсилений сигнал на детектор, забезпечуючи режим лінійного детектування.

            На закінчення зауважимо, що як нелінійні перетворювачі у схемі амплітудного детектора можуть бути використані транзистори або ДК в нелінійному режимі роботи, що дає змогу одночасно з детектуванням АМ-сигналу підсилити продетектований сигнал.