А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Поскольку максимум выражения (5.40) в ряде случаев имеет место при (го ~ О, то на практике для достижения максимальной чувствительности на диод приходится подавать некоторое постоянное напряжение смешения (/о. Оптимальная величина Уо соответствует участку вольт-амперной характеристики, имеющему наибольшую кривизну. Используя соотношение (5.40), сравним достижимые значения чувствительности при использовании вакуумного, полупроводникового и полупроводникового обращенного диодов. Для вакуумного диода, согласно $4.2, 1 1о„„= — <,, 1 мкА/мкВт. 4(Го Для полупроводникового и полупроводникового обращенного диодов, согласно, 94.5 Ь„п = — — < 20мкА/мкВт, Ьм, = -2 — ) 80мкА/мкВт. ! д Я 2 кТ бй' Знак "—" в последнем соотношении указывает на обратную полярность выходного сигнала детектора по сравнению с вакуумным и полупроводниковым диодами. Сравнивая приведенные соотношения, можно отметить определенные преимушества обращенного диода.
В частности„у обращенного диода чувствительность имеет наибольшую величину, не зависит от температуры и достигается при нулевом напряжении смешения. У вакуумного и полупроводникового диодов чувствительность существенно меньше и достигается при некотором отличном от нуля положительном напряжении смешения. Детектирование большого сигнала Большим сигналом будсм называть сигнал, амплитуда которого много больше протяженности наиболее криволинейного участка вольт-амперной характеристики диода. В этом случае, как и при рассмотрении выпрямления переменного тока, реальную вольтамперную характеристику диода можно приближенно заменить ломаной линией, показанной на рис.
5.3, и провести анализ детектирования большого. сигнала на основе полученного при рассмотрении выпрямленна соотношения (5.10) между напряжением (го на нагрузке и аплитудой (/ переменного напряжения на входе (Го— - (/ созд, где д — угол отсечки, определенный (5.15). Выражение (5.4!) получено при условии, что амплитуда (Г входного напряжения постоянна. Предположим теперь, что на входе детектора действует амплитудно- модулированный сигнал, амплитуда которого изменяется по закону (/,„(! + тсозй1).
Тогда переменная составляющая напряжения на выходе детектора будет иметь вид и„„= (/ гпсозИсозд. Глава б. П еоб азование сигналов в нелинейных системах 120 У 4 2 (Го1м (5.42) где 1, — амплитуда первой гармоники тока на входе детектора, 1, — постоянная составляюшая тока в нагрузке. Поскольку У, — У, Ур/1, = В, У Я = зх, где В,„— входное сопротивление детектора, из (5.42) получаем В ~вк 2' т. е, при большом сигнале входное сопротивление детектора, выполненного по схеме, показанной на рис.
5.!4, равно половине сопротивления нагрузки. Фазовое детектирование Напряжение на выходе фазового детектора должно воспроизводить закон изменения во времени сдвига фаз входного сигнала относительно некоторого немодулированного опорного колебания, имеющего ту же частоту, что и входной сигнал. Детектирование колебаний, модулированных по фазе, как и детектирование амплитудно- модулированных колебаний, невозможно без использования либо нелинейных элементов, либо линейных элементов, но с переменными параметрами. Однако в отличие от амплитудного детектирования, одного лишь нелинейного элемента недостаточно для такого преобразования спектра фазо-модулированного колебания, чтобы в итоге получить составляюшие тока с частотой модулируюшего сигнала. Действительно, при постоянстве амплитуды входного напряжения нелинейный элемент не реагирует на изменение фазы этого напряжения.
Иными словами, нелинейность таких устройств, как диод, транзистор и т. д., проявляется лишь при изменении амплитуды действуюшего на них напряжения. но не при изменении фазы или частоты. Поэтому фазовый детектор представляет собой сочетание двух основных частей: преобразователя фазовой модуляции в амплитудную и амплитудного детектора. Преобразование фазовой модуляции в амплитудную можно осушествить при сложении входного сигнала с опорным колебанием. Пусть напряжение и, входного фазомодулированного сигнала и в.„опорного колебания имеют вид соответственно сс = (1 «М~о(+ Ф(Г)1, соп = У о созМо(+ ~Ро) (5.43) (5.44) Здесь ф(г) — завнсяший от времени фазовый сдвиг входного сигнала; изменение й(г) во времени обусловлено модуляцией; р, — -постоянная величина, онределяюшая началь- ную фазу опорного колебания: У„„и У .
— амплитуды входного сигнала и опорного колебания. Будем для простоты считать, что У,. = У„„= У„, и (5.45) Таким образом, при детектировании большого сигнала связь между выходным напряжением детектора и амплитудой входного сигнала получается линейной. В этом смысле детектирование болыцого сигнала называют линейным, хотя детектор является сугубо нелинейным устройством. Необходимо подчеркнуть также, что сопротивление нагрузки детектора и емкость фильтрующего конденсатора должны удовлетворять соотношению (5.35) независимо от величины сигнала на входе детектора.
В заключение рассмотрим вопрос о входном сопротивлении диодного детектора. Будем считать, что амплитуда напряжения на входе детектора постоянна и равна У Ограничимся случаем, когда сопротивление нагрузки В много больше внутреннего сопротивления диода В;.
При этом в соответствии с (5.15) д = О, и,, = У, = У При Л» В; практически вся мошность, отбираемая детектором от источника сигнала, выделяется в сопротивлении нагрузки В. Поэтому имеет место приближенное равенство 5.10. Детектирование Складывая (5.43) и (5.44), получим . Ф(1) . Г Ф(1)1 и,+и = -2У яп — яп ~ыо1+ — ~. юп л Отсюда, считая, что ф($) < 1, находим 121 и, +и,„= — 17 Я1)з(п ~ьо1+ — ~ Ф(1) з Рис. 5.15, Принципиаль- 2 ная схема фазового детекИз этого выражения видно, что при выполнении условия тора (5.45) сумма напряжений и, + и,„представляет собой высокочастотное колебание, модулированное как по фазе, так и по амплитуде, причем закон изменения амплитуды совпадает с законом изменения фазы входного фазо-модулированного сигнала.
Если это напряжение подать на вход амплитудного детектора, то, поскольку амплитудный детектор нечувствителен к изменению фазы высокочастотного колебания, напряжение на выходе будет пропорционально ф($), т. е. изменению фазы входного сигнала и,. Схема фазового детектора показана на рис. 5.15. В этой схеме на амплитудный детектор, образован- ный диодом Г0, сопротивлением нагрузки зг и Т, емкостью фильтра С, подается сумма напряжений сигнала и,. и опорного колебания и,„. Предпола- а гается, что фаза опорного колебания удовлетворяет условию (5.45). На практике это обеспечивается с помощью специальных устройств — фазоврашателей, которые могут быть выполнены полностью из линейных элементов. Если амплитуды опорного колебания и входного сигнала не Равны, на выходе РассматРиваемого Рис.
5.16. Принципиальная схема бадетектора будет присутствовать постоянная соста- лансного фазового детектора вляющая напряжения, не зависящая от фазы входного сигнала, что в ряде случаев нежелательно. От этого недостатка свободен так называемый бапансный фазовый детектор, схема которого показана на рис. 5.16. Этот детектор состоит из двух частей, собранных по рассмотренной выше схеме. На каждую из половин схемы подается одно и то же опорное напряжение и противофазные напряжения сигнала.
Последнее обеспечивается с помощью трансформатора Тр, вторичная обмотка которого имеет отвод от середины. При полной сигаметрии схемы постоянные составляющие выходных напряжений каждой половины компенсируются, а изменения выходных напряжений, обусловленные модуляцией фазы входного сигнала, складываются. Частотное детектирование Напряжение на выходе частотного детектора должно воспроизводить закон изменения мгновенной частоты модулированного колебания.
Как и в случае фазового детектора, при осуществлении детектирования частотно-модулированных сигналов необходимо сначала преобразовать эти сигналы в амплитудно-модулированные колебания, которые затем детектируются с помощью амплитудного детектора. Преобразование частотной модуляции в амплитудную может быть осуществлено с помощью любой линейной электрической цепи, обладающей неравномерной частотной характеристикой. В качестве такой цепи чаше всего используется колебательный контур.
Схема частотного детектора с колебательным контуром показана на рис. 5.17. Генератор напряжения сигнала включен в колебательный контур ЬС. Напряжение с колебательного контура поступает на амплитудный детектор. образованный диодом УЮ, сопротивлением нагрузки 11 и емкостью Фильтра Сь. Глава 6. П об авованне сигналов в нелинейных системах 122 Работа схемы поясняется графиками, представленными на рис. 5.18, где показаны резонансная кривая колебательного контура, закон изменения частоты ю(г) входного сигнала во времени и изменение во времени амплитуды напряжения на колебательном контуре. Из рис.
5.18 видно, что если резонансная частота ы, контура отличается от несущей частоты ю, частотно-модулированного ~с 5' ' Ринципи~~нал колебания, то изменение амплитуды 1Г напряжения на схема частотного детектора контуре повторяет изменение частоты входного напряжения, Таким образом, частотная модуляция превращается в амплитудную.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
