Тема 9. Перетворення сигналів в нелінійних електронних колах

4. Модуляція і детектування

4.4. Амплітудні детектори

                Детектування АМ-сигналів полягає у відновленні модулюючого сигналу Sмод(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 Sн(t) поряд з іншими спектральними складовими утворюється постійна складова струму І0, величина якої залежить від амплітуди Am(t) модульованого вхідного сигналу SАМ(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 Sн(t) на виході нелінійного перетворювача.

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

Як нелінійний елемент для реалізації амплітудного детектора зручно використовувати напівпровідниковий діод, В/А характеристика якого апроксимується квадратичною залежністю.

                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 (Am<...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 Аm високочастотного вхідного сигналу І01A2m 1  – коефіцієнт пропорційності, який залежить від параметра апроксимувальної параболи).

                Якщо ж на детектор діють сигнали s достатньо великою амплітудою (Am>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 Аm: I02Am2 – 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.