Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (4-е издание, 1986) (1095423), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Поэтому ток через диод возможен только в течение отрезков периода, когда положительная полуволна ЭДС превышает напряжение ивах (г). Иными словами, ток через диод имеет форму импульсов, показанных на рис. 8.24, б. В промежутках между импульсами тока, когда происходит разряд конденсатора С через резистор )х', напряжение иа „(г) убывает. В промежутке г,( г' С ге конденсатор подзаряжается импульсом тока и и,„, (г) растет. Если постоянная времени )хС-цепи велика по сравнению с периодом Т = 2пlго„то амплитуда пульсаций напряжения иаы, мала и в первом приближении можно считать и,„„- (хо. Учитывая, что по отношению к диоду напряжение на нагрузке отрицательно, рассмотрим построение, показанное на рис.
8.25. В левой части этого рисунка сплошной линией изображена истинная вольт-амперная характеристика диода в координатах А и, а штриховой линией — аппроксимирующая ее линейная функция. Диаграмма входной ЭДС е (1) = Е созгоаг построена относительно вертикальной оси гоаг', смещенной на Ьа влево от точки й,= О. В правой части рис. 8.25 изображены импульсы тока, длительность которых равна 29. От построения на рис. 8.10 последнее отличается отсутствием фиксированного постоянного напряжения. Следует обратить особое внимание на то, что постоянное напряжение (у„создаваемое на нагрузочном резисторе гс постоянной составляющей тока I„ зависит от амплитуды Е входного колебания. Из этого, в частности, вытекает, что угол отсечки 9 не может быть более 90'.
Для установления связи между амплитудой входного напряжения Е и выпрямленным напряжением Ь в при заданных параметрах цепи воспользуемся результатами спектрального анализа импульсного тока, проведенного в 38,3. Рис. 8.23. Однополупериодный выпрямитель Рис. 8.24. Напряжения на входе и выходе одиополупернодного выпрямителя (а) и ток в пепи диода (О) 238 Сначала допустим, что угол отсечки тока 9 известен.
Тогда можно составить следуютцие соотношения: (8.48) (8.49) Последнее соотношение вытекает непосредственно из рис. 8.25. Далее, при заданном внутреннем сопротивлении диода )с! очевидно равенство (8,59) ~. = (Е-и,)(9.! = Е П вЂ” и,(В)(Кь Подставив в это выражение (8,48) и (8,49), получим /е Е (1 — соа В) и, (1-. 0) сов 0 ао (В) откуда (8. 51) и окончательно, учитывая первое равенство (8.26), имеем Я! а|ПΠ— Опоив (НΠ— В (8.52) (с н сов О н Итак, задание внутреннего сопротивления диода )с! и сопротивления нагрузки )с' однозначно определяет угол отсечки 9. При этом предполагается, что емкость С, шунтирующая сопротивление )с, отвечает условию 1(ыаС<< Я, (8.53) или, что то же самое, постоянная времени )сС велика по сравнению с перио- дом Т„так как только в этом случае напряжение на выходе можно считать близким к постоянному.
240 Г, = с!а (9) У „ 9 = и,(8. ! 1 а (1 — соаВ) ! У~ (с соа 0 Й! 28. Режим работы диола в представленной иа рис. 8.23 я/л Гс Я7-2 Рис. 8.27. Рис. 8.28. його ~ Рис. 82ь', характеристика 1с;14г а зависимости от угла отсечки 8 я2 гй Рнс. 8.27. Схема замещения аыпрямителн а режиме хо- лостого хода !47 оо; 8 01 47 уП 2Ю Ю' Рис. 8.28. Схема замещения ныпрямителя при 7с х.47о Рнс.
8.26. 0-е90' Уравнение (8.52), связывающее угол отсечки О с отношением )с;М, является трансцендентным. Поэтому 8 удобно определять по графику, представляющему собой зависимость отношения )сг)с от О (рис. 8.26). Рассмотрим два предельных случая: 1) 0 =- 0 и 2) 8 = 90'. Первый случай получается при )с; ')с — О, т.
е. при бесконечно большом сопротивлении нагрузки )с, когда схема детектора вырождается в схему, представленную на рис. 8.27. При этом выпрямленное напряжение на С достигает наибольшего возможного значения (/а =- Е и ток через диод в установившемся режиме, когда закончен процесс зарядки конденсатора, равен нул)о. Таким образом, случай 0 = 0 соответствует режиму холостого хода. Второй случай (О =- 90 ) соответствует режиму короткого замыкания нагрузки (Я вЂ” 0). При этом вся ЭЛС оказывается приложенной к диоду и ток последнего принимает форму полуволновых импульсов (усеченных в верхней части, если Е больше, чем напряжение насыщения диода), Если действие емкости не учитывать, что допустимо при малых )с, приходим к схеме, представленной на рис.
8.28, Напряжение на резисторе г( совпадает в этом случае по форме с током 1. Итак, для получения на выходе выпрямленного напряжения, близкого к амплитуде ЭЛС Е, угол отсечки должен быть малым, а отношение 147Ж болыпим. При 8 ~ 10 — 20' отношение (7а'Е = соз6 близко к единице. Для получения такого режима требуется сопротивление нагрузки 100 )сь После того как найдено )с, требуемую емкость конденсатора С можно определить в соответствии с условием (8.53). В заключение отметим, что условие (8.53) может быть истолковано на основе спектрального подхода.
При ! ы„С (( )с все гармоники импульсного тока протекающего через диод, замы- о т кню1ся в основном через конденсатор, не создавая на нем заметного падения напряжения (по сравнению с (7а = = lаР). В результате получается рас. ПРЕДЕЛЕНИЕ тОКа, ПРЕДСтаВЛЕННОЕ На г(Г7-та рнс. 8.29. Показанный в нижней части рисунка ток, полученный вычитанием . л ° , " .. г постоянной составляющей )а из полного тока диода 1 (1), является суммой всех Р 829 Импчльс ыд ток и пепи гармоник этого тока. 1иола и его состааляющие 24 ! 8.9. АМПЛИТУДНОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ где е (() = Е (() созгов! — мгновенное значение высокочастотного гигна.
ла, амплитуда которого Е (() модулирована по закону' передаваемого сообщения (начальную фазу для краткости опустим, так как на работу амплитудного детектора фаза не влияет). Таким образом. !'(()=!'((I,)+а, Е(!) совы,(+а, Е'(!)созз!о„( = !„+а, Е(!) со«о„(-)- + »/е а Е' (Г) сов 2о>е ! -~- ' ге а, Е' ((). (8,54) Высокочастотные составляющие соо и 2!о е отфильтровываются в цепи нагрузки. Информация содержится а последнем, низкочастотном, слагаемом (8.55) !'„и = ',,ае Ее((). Так как эта составляющая пропорциональна квадрату амплитуды входного напряжения, то при малых амплитудах детектирование является квадратичным. Это положение является общим, справедливым для любых типов нелинейных элементов, использурмых для детектирования.
То обстоятельство, что напряжение и„,„ (() на нагрузке, являющейся линейной цепью, пропорционально !'„„ и, следовательно, ,о! -еФ Рис. 8.30. Режим работы кввя- ратичиого детектора 242 Детектирование колебаний заключается в выделении сигнала, который в неявной форме содержится в модулированном высокочастотном колебании. Детектирование является процессом, обратным процессу модуляции.
В тех случаях когда требуется подчеркнуть это, наряду с термином «детектирование» (обнаружение) применяют термин «демодуляпия». Соответственно основным видам модуляции различают амплитудное, частотное и фазовое детектирование. Последние два вида детектирования из-за тесной связи между частотой и фазой колебаний часто осуществляются мало различающимися устройствами.
На вход детектора подается модулированное колебание. содержащее только высокочастотные составляющие: несущее колебание и колебания боковых частот. На выходе же выделяется напряжение с низкочастотным спектром передаваемого сообщения. Следовательно, детектирование сопровождается трансформацией частотного спектра и не может быть осуществлено без применения нелинейных цепей или линейных цепей с переменными параметрами. В качестве нелинейных элементов в настоящее время чаще всего применяются полупроводниковые диоды. Принцип действия амплитудного детектора в отсутствие модуляции был изложен в предыдущем параграфе при рассмотрении выпрямления.
Теперь предстоит рассмотреть некоторые явления в детекторе при модулированном колебании, а также особенности детектирования слабых и сильных сигналов. Обратимся сначала к последнему вопросу. Допустим, что амплитуда колебания на входе детектора настолько мала, что обусловленные этим колебанием изменения тока укладываются на относительно небольшом участке нижнего сгиба характеристики диода или любого другого нелинейного элемента (рис. 8.30).
В соответствии с выражением (8.!О) ток через диод !' (() = ! ((ге) + а,е (1) + а,е' (!). вэ Рис. 3.31. Напряжение на входе квадратичного детектора (а) постоянная составляюдая тока в цепи диода (б), напряжение на резисторе й (в) и приращение напряжения, обусловленное действием входного сигнала (г) квадрату амплитуды входного сигнала Е (/), не является препятствием к правильному воспроизвйдению формы импульсных (прямоугольных) сигналов. Пусть, например, напряжение на входе детектора имеет характер высокочастотных импульсов с прямоугольной огибающей (рис.
8.31, а). В интервалах между импульсами среднее значение тока диода (рис.8.31, б) совпадает с током покоя /„, а при наличии импульсов отличается на величину Л/ = ', а., Е', .где Š— амплитуда высокочастотного напряжения, неизменная в пределах .длительности импульса тн, Напряжение и„(/) на нагрузке детектора показано на рис. 8.31, в. В те отрезки времени, когда процесс заряда или разряда конденсатора С закончен, напряжение на нагрузке равно /а)с (в интервале между импульса.
мн) или (/и+ Л/) /г' (при наличии сигнала). На рис. 8.31, г показано отдельно приращение напряжения, создаваемое сигналом. Для отделения этого приращения от постоянного напряжения /в)с можно использовать разделительную цепь, составленную из конденсатора и резистора. Представленное на рис. 8.31, г выходное напряжение и,„х (/) по форме мало отличается от огибающей высокочастотного напряжения, действующего на входе детектора. Таким образом, убеждаемся, что квадратичный закон детектирования не препятствует воспроизведению формы прямоугольных импульсов. Нелинейность характеристики детектирования в данном случае проявляется лишь в том, что амплитуда импульса на выходе детектора пропорциональна квадрату амплитуды высокочасгпотного напряжен//я на входе детектора. Иначе обсюит дело при квадратичном детектировании колебаний, огибающая которых является непрерывной функцией времени, как это имеет место, например, при передаче речи, музыки и т.
д. Для упрощения рассуждений рассмотрим тональную модуляцию. Подставив в выражение (8.55) Е (/) = Еа (1 (- М э(п() /), получим /н, = — Ев (1 + М гй и (2 /)а = — ' Ео~ (1 + 2М з)п й/. Р МЯ з)па ()/) = 2 2 — ' Еп ( 1+ — + 2М зпт (1/ — — соя 2й /) . ое,/ Ма Ма 2 (, 2 2 243 Заме~им, что в отсутствие модуляции (М - 0), т. е. когда на детектор действует одно лишь колебание несущей частоты, приращение тока равно (аа!2) Е«,. Таким образом, при возникновении тональ! ной модуляции среднее значение тока получает постоянное по величине от-а рпс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
