А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Поворот плоскости поляризации приводит к тому, что часть света, прошедшего через первый поляризатор, проходит и через второй, несмотря на то, что поляризаторы скрещены. Если к электродам элементарной ячейки приложить модулируюшее напряжение, то между ними появится электрическое поле и молекулы жидкого кристалла будут стремиться повернуться так, чтобы их оси установились вдоль направления поля. Поворот молекул сопровождается изменением наибольшего и наименьшего значений показателя преломления для световых волн. Вследствие этого происходит изменение угла поворота плоскости поляризации световой волны на выходе из элементарной ячейки и интенсивности света, прошедшего через второй поляризатор в том месте, где расположена рассматриваемая элементарная ячейка.
В процессе работы модулятора на электроды элементарных ячеек транспаранта подаются напряжения, соответствующие пространственному сигналу. При этом волна, прошедшая через скрещенные поляроиды, будет испытывать пространственную амплитудную модуляцию. Недостатком жидкокристаллических транспарантов является их большая инерционность. Характерные времена электрического переключения жидких кристаллов порядка 10 ' с, а времена релаксации к исходному состоянию на ! -2 порядка больше.
116 Глава б. П еобрааование сигналов в нелинейных системах 5.10. Детектирование Детектированием называют преобразование модулированного высокочастотного колебания, имеюшее целью выделение низкочастотного сигнала, соответствующего закону модуляции. Процесс детектирования является обратным процессу модуляции. Поэтому иногда его называют также демодуляцией. В зависимости от вида модуляции используют амплитудное, частотное или фазовое детектирование. В любом случае оно сопровождается трансформацией частотного спектра и поэтому не может быть осушествлено без применения нелинейных систем или же линейных систем, но с переменными параметрами. Амплитудное детектирование При амплитудном детектировании на выходе детектора должно быть получено низкочастотное напряжение, изменяюшееся пропорционально амплитуде высо- Ю ~вх кочастотного сигнала, поступающего на вход детектора.
Амплитудное детектирование можно осушествить с помошью различных нелинейных элементов: диодов, транзисторов и др. Наибольшей простотой отличаются ди Рис. 5.14. Приицилиальнаясхеодные детекторы. Схема амплитудного детектора на по ма амплитудного детектора лупроводниковом диоде приведена на рис. 5.14. Детектор содержит диод Г0 и сопротивление нагрузки Я, шунтированное конденсатором С. Два последних элемента образуют фильтр, выделяющий необходимые спектральные компоненты напряжения. Работа детектора основана на том, что амплитудно-модулированный сигнал вызывает в цепи диода ток, в спектре которого содержится низкочастотная составляющая, пропорциональная амплитуде входного сигнала.
Эта составляющая тока проходит по сопротивлению нагрузки и создает на нем напряжение, являюшееся выходным сигналом детектора. Высокочастотные составляюшие тока диода, протекание которых по сопротивлению нагрузки В нежелательно, проходят через конденсатор С„не создавая на нагрузке заметного напряжения. Детектор содержит нелинейный элемент, поэтому характеристики детектора зависят от амплитуды входного сигнала. В связи с этим отдельно рассмотрим работу детектора для случаев малого и большого сигналов.
Детектирование малого сигнала Вольт-амперную характеристику диода УЮ аппроксимируем рядом Тейлора 2 3 ( = (о+ о~в+ о~в + о~в + (5.28) Предположим сначала, что высокочастотный сигнал на входе детектора представляет собой гармоническое напряжение (5.29) в = У созы1. В этом случае выходным сигналом детектора должно быть постоянное напряжение, создаваемое на сопротивлении нагрузки постоянной составляющей тока диода.
Будем считать, что конденсатор С имеет на частоте ы входного сигнала пренебрежимо малое сопротивление, и поэтому все входное напряжение оказывается приаоженным к диоду У22. Подставив (5.29) в (5.28), можно убедиться, что постоянная составляющая тока диода порождается только членами ряда (5.28) с четными степенями и, следовательно. только эти члены ряда (5.28) описывают эффект детектирования.
Прп уменьшении амплитуды входного сигнала вклад в постоянную составлявшую тока от членов ряда (5.28) 5.10. Детекти оввиие 117 с высокими степенями будет уменьшаться. Малым сигналом называют такой сигнал, при котором вклад в постоянную составляющую тока от квадратичного члена рида (5.28) много больше, чем от всех остальных членов. При этом условии вольт-амперную характеристику диода можно достаточно точно аппроксимировать выражением ) 1 = (о+ а~и+ аои .
(5.30) Предположим теперь, что на вход детектора подается малый высокочастотный сигнал и(1), амплитуда которого изменяется по гармоническому закону (5.3!) в(1) = У„,(1+ т сов Йг) совью(. Подставляя (5.31) в (5.30), получим аМ' / т21 а,У т о = оо+ ~1+ — ) + а,К„сохло(+ ™ сов(ыо+ Й)1+ 2 ~ 2) 2 а,У т у2 2 + соз(ыо — Й)1 + ~1+ — ) соз 2ыо1 + (5.32) а2У т аз У т а2~ + соз(2ио + й)1 + сох(2ыо — й)1 + сох(2ыо + 2Й)1 + 2 2 8 аоу т з а,У т + сох(2ыо — 2Й)1+ а,У тсозй1+ соз2Й1. 8 4 Это выражение содержит составляющую тока а, У' т сов Й1, которая изменяется во времени в соответствии с законом модуляции амплитуды. Именно ее необходимо выделить на нагрузке детектора. Помимо этой полезной составляющей в токе содержатся еше высокочастотные слагаемые с частотами ы„ыо ~ й, 2ыо ~ й, 2ыо ~ 2Й, а также постоянная составляющая и низкочастотная составляющая с частотой 2Й.
Высокочастотные составляющие отфильтровывает конденсатор С. Для этого необходимо выполнить условие 1 — «Я. иоС В этом случае токи высоких частот проходят в основном через конденсатор, не создавая заметного напряжения на сопротивлении нагрузки. Необходимо заметить, что при слишком большой величине емкости С полезная составляющая тока с частотой й тоже может отводиться от нагрузки через емкость конденсатора.
Чтобы этого не произошло, необходимо, чтобы сопротивление конденсатора на низкой частоте й было много больше сопротивления нагрузки, т. е. 1 — » Я. йС Объединяя неравенства (5.33) и (5.34), получим соотношение, которое должно выполняться для качественного разделения токов высоких и низких частот: 1 1 — « ЯС « —. (5. 35) юо й Для его выполнения частота несущего колебания ыо и верхняя частота й в спектре модулирующего сигнала должны различаться по крайней мере на два порядка.
Из (5.32) следует, что в спектре тока диода есть составляющая с частотой второй гармоники сигнала, которую следуе~ рассматривать как помеху. Однако эта помеха не может быть отфильтрована конденсатором, так как ее частота близка к частоте полсзпого сигнала. Поэтому в выхолном напряжении летектора при малом входном сигнале. Глава б. 0 еобрваоввние сигналов в нелинейных системах 118 помимо полезной составляюшей напряжения, в общем случае присутствуют ее вторая и более высокие гармоники. Это означает, что детектирование малого сигнала осушествляется с нелинейными искажениями. Величину нелинейных искажений характеризуют коэффициентом нелинейных искажений Л„, который в общем случае определяют выражением где (ń— амплитуда и-й гармоники.
В рассматриваемом случае 2 У, = ат(Е гп, (Ез — (Е4=...=(Е =О. Подставляя эти значения в выражение для коэффициента нелинейных искажений, по- лучим Лн 4 Отсюда следует, что для уменьшения искажений при детектировании малого сигнала передатчик должен работать с малым коэффициентом модуляции т. Однако этот путь снижения искажений нежелателен, так как связан с малой эффективностью использования мошности передатчика. При рассмотрении детектирования малых сигналов вольт-амперную характеристику диода достаточно аппроксимировать полиномом второй степени.
По этой причине детектирование малых сигналов называют еше квадратичным детектированием. Характерной особенностью квадратичного детектора является то, что изменение постоянной составляюшей тока в процессе детектирования, как это следует из выражения (5.32), пропорционально второй степени амплитуды несущего колебания, т.
е. его мощности. По этой причине квадратичное детектирование используется для измерения мощности колебаний высокой частоты. Чувствительность Л квадратичного детектора при измерении мошности определяют как отношение изменения Ы постоянной составляюшей тока через диод к высокочастотной мошности ЕзР, поглошаемой детектором: ЬЕ Л = —. ЕзР (5. Зб) Для определения Л предположим, что на вход детектора поступает немодулированное высокочастотное напряжение и = (Е созьч. Как видно из (5.32), изменение постоянной составляюшей тока в этом случае равно а2(Е' Ы = —. 2 (5. 37) ЬЕ = -1" ((Ео)ГЕ',.
(5. 38) 4 В реальном устройстве наибольшее значение тока Ы достигается при нулевом сопротивлении нагрузки (т. е, в режиме короткого замыкания на выходе детектора). При Коэффициенты („а„а, выражения (5.30) можно найти, разлагая ток диода как функцию приложенного напряжения в ряд Тейлора. Предполагая для обшности, что на диод помимо высокочастотного напряжения подано еше постоянное напряжение смещения У„легко показать, что приращение ЬЕ постоянной составляюшей тока можно представить в виде 6.10.
Детекти ование этом для источника высокочастотного напряжения входное сопротивление детектора будет равно внутреннему сопротивлению Во диода. Поэтому высокочастотную мощность гзР, поглощаемую диодом, можно определить с помощью соотношения ЬР = — = -(Г 1'((/о). 2В„2 (5.39) Подставляя (5.38) и (5.39) в (5.3б), для чувствительности квадратичного детектора при измерении мощности получим А=в 1 Т'((го) (5.40) 2 Р(Уо) Следовательно, при измерении мощности чувствительность квадратичного детектора определяется отношением второй производной вольт-амперной характеристики диода к первой производной (крутизне) в рабочей точке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
