Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (3-е изд., 1977) (1151959), страница 53
Текст из файла (страница 53)
При 1/озеС (( Е все гармоники импульсного тока, протекающего чеРез диод, замыкаются в основном через конденсатор, не создавая на можной величины (/е = Е к ток через диод в установившемся режиме, когда закончен процесс зарядки конденсатора, равен нулю. Таким образом, случай О = 0 соответствует режиму холостого хода. Второй случай (О = 90') соответствует режиму короткого замыкаиия нагрузки Я -э. О), При этом вся э. д. с.
оказывается приложенной нем заметного падения напряжения (по сравнению с (го = тогт). В результате получается распределение тока„представленное на рис. 8.29. Показанный в нижней части рисунка ток, полученный вычитанием постоянной составляющей То из полного тока диода ( (!), является суммой всех гармоник этого тока. 8.З. АМПЛИТУДНОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ Детектирование колебаний заключается в выделении сигнала, который в неявной форме содержится в модулированном высокочастотном колебании. По своему назначению детектирование является процессом, обратным процессу модуляции.
В тех случаях, когда требуется подчеркнуть это, наряду с термином «детектирование> (обнаруженне) применяют термин «демодуляция». Соответственно основным видам модуляции различают амплитудное, часто~нос и фазовое детектирование. Последние два вида детектирования ванду тесной связи, имеющейся между частотой и фазой колебаний, часто осуществляются мало различающимися между собой устройствами. На вход детектора подается модулированное колебание, содержащее только высокочастотные составляющие." несущее колебание и колебания боковых частот. На выходе же выделяется напряжение Е с низкочастотным спектром передаваемого сообщения.
Следовательно, детектирование сопровождается трансформацией частотного спектра и не может быть осуществлено без применения ие-., линейных цепей или же линей! ных цепей с переменными пара- »! ! и метрами. В качестве нелинейных элементов в настоящее время ! чаще всего применяются полу- «Я проводниковые диоды.
Принцип действии амплитуд! ного детектора в отсутствие модуляции был изложен в предыдущем параграфе прн рассмотрении Рнс. В.зц Режим работы кв»хратнч- выпрямленна. Теперь нам пред- ного анте«тора. стоит рассмотреть некоторые яв- ления в детекторе при модулированном колебании, а также особенности детектирования слабых и сильных колебаний. Обратимся сначала к последнему вопросу. Допустим, что амплитуда колебания на входе детектора настолько мала, что обусловленные этим колебанием изменении тока укладываются на относительно небольшом участке нижнего сгиба характеристики диода или любого другого нелинейного элемента (рис.
8.30), В соответствии с выражением (8.10) ток через диод (см. рис, 8.23) равен 1 (Г) = 1 (У,) + а,е Я + аее' (Г), где е (г) ° Е (1)соз в,г — мгновенное значение высокочастотного сигнала, амплитуда которого Е (г) модулирована по закону передаваемого сообщения (начальную фазу для краткости мы опустим, так как на работу амплитудного детектора фаза не оказывает влияния). Таким образом, 1 (1) = 1 (Уе) + а,Е (1)соз мо( + авЕэ (()созыв = = Е„+ а,Е (1)соз оэ,(+ Чу.,Е'(Осоз2со,(+ 'l,а,Е' (1). (8.54) Постоянная составляющая тока 1 (0,) = 1, (ток покоя» и высокочастотные составляющие м„и 2ю, отфильтровываются в цепи нагрузки.
Информация содержится в последнем, низкочастотном, слагаемом (8.55) 1„, = ЧузЕ' (1). Так как эта составляющая пропорциональна квадрату амплитуды входного напряжения, то при малых амплитудах детектирование являегасл квадратичным. Это положение является общим, справедливым для любых типов нелинейных элементов, используемых для детектирования. То обстоятельство, что напряжение и,„, (г) на нагрузке, являющейся линейной цепью, пропорционально 1„, и,следовательно, квадрату амплитуды входного сигнала Е (1), не является препятствием к правильному воспроизведению 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 Ж = 1/эаяЕэ, где Е представляет собой амплитуду высокочастотного напряжения, неизменную в пределах длительности импульса т„.
Напряжение ин (1) на нагрузке детектора показано на рис.8.31, е. В те отрезки времени, когда процесс заряда или разряда конденсатора С закончен, напряжение на нагрузке равно 1е)г' (в интервале между импульсами) илн (1 + Л())т' (при наличии сигнала). На рис. 8.31, е показано отдельно приращение напряжения, создаваемое сигналом. для отделения этого приращения от постоянного напряжения 1,)г можно использовать разделительную цепь, составленную нз конденсатора и резистора.
Представленное на рис. 8.31, г выходное напряжение и,„, (() 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 восходе детектора пропорциональна квадрату амплитуды высокочастотного напрягкенил на входе детектора. Рнс. 8.31. Напряжение на вхоне квадратичного детектора (а), постоянная со.
тавляюсцав тока в пепи диода (б), напряжение нв резисторе (2 (е) н прира. пгение напряжения, обусловленное действием входного сигнала (г) Иначе обстоит дело при квадратичном детектировании колебатий, огибающая которых является непрерывной функцией времени, гак это имеет место, например, при передаче речи, музыки и т. д. лля упрощения рассуждений рассмотрим случай тональной моду1яции. Подставив в выражение (8.бб) Е (() = Еа (1 + М гйп й() ° юл учим ( „= — Еех (1 + М з( и й()а = о' Е$ (1 + 2М з(п й(+ Ма ч! па й() = 2 2 = — Ео ~1 + — +2М з)п й( — — соз 2й() . па е/ Ме Л(а 2 1 2 2 Заметим, что в отсутствие модуляции (М = О), т. е.
когда на (етектор действует одно лишь колебание несущей частоты, прирацение тока равно (аа!2) Е,*. Таким образом, при возникновении то1альной модуляции среднее значение тока получает постоянное по еличине относительное приращение, равное Ма/2. Переменная часть ока содержит следующих два слагаемых: а) полезное, воспронзво- дящее сигнал 2М з1п О(, б) вредное, являющееся второй гармоникой сигнала (МЧ2)соз 20г'. Отсюда следует, что коэффициент гармоник, равный в данном случае отношению амплитуды второй гармоники к амплитуде первой, равен К„= 0,5МЧ2М = М/4.
При 100Уа-ной модуляции получается К„= 0,25 = 2544. При одновременной модуляции двумя частотами О, и О, в выходном напряжении детектора наряду с гармониками 20 и 20, возникают еще комбинационные частоты вида О, + О, и О, — 0, с амплитудами, пропорциональными произведению парциальных коэффициентов модуляции М, и М,. Этот результат нетрудно получить, если в выражение (8.54) подставить Е (() = Еа (! + М, з1п0т( + М з(п 0,Г). При передаче сложных сигналов, содержащих большое число частот, гармоники и комбинационные частоты оказывают при глубокой модуляции очень сильное влияние на разборчивость и тембр сигнала.
Поэтому применение квадратичного детектирования нецелесообразно в тех случаях, когда требуется неискаженное воспроизведение сигналов (речь, музыка и т. д.). Рассмотрим детектирование больших амплитуд. Как и ранее, применим диодный детектор. Не изменяя схемы, представленной на рис. 8.23, допустим, что амплитуда входного сигнала достаточно велика, а Я и С выбраны таким образом, что угол отсечки тока очень мал и выпрямленное напряжение на Я почти не отличается от амплитуды Е (0 входного сигнала. Подобный режим для постоянной амплитуды (выпрямление) был рассмотрен в з 8.7. При модуляции же получается режим работы диода, изображенный иа рис.
8.32. Напряжение смещения, создаваемое постоянной составляющей тока, изменяется пропорционально амплитуде входного сигнала. Но изменяющееся напряжение смещения диода есть ие что иное, как выходное напряжение детектора. На рис. 8.33, а совмещены входное (высокочастотное) и выходное выпрямленное напр яжеиие (зубчатая линия). Так как при достаточно большой (по сравнению с периодом высокой частоты 7',=2и7в,) постоянной времени РС зубцы практически отсутствуют, то напряжение на выходе воспроизводит огибающую амплитуд входного напряжения, т. е.
передаваемое сообщение. Таким образом, связь между выходным напряжением (выпрямленным) и„Я и амплитудой входной э. д. с. Е (() получается почти линейной. В этом смысле детектор, работающий в режиме больших амплитуд и с нагрузкой, обеспечивающей близкое совпадение напряжений и,„„(1) и Е((), называется л и н е йн ым дете кт о р о м. При этом не следует, конечно, упускать из виду, что детектор, работающий с отсечкой тока, является сугубо нелинейным устрсйслиюм.
Эта нелинейность обусловлена формой характеристики не только в области и ) 0 (где характеристика может быть близка и линейной), а на протяжении всей области действующих на диоде напряжений. Прн работе с отсечкой характеристика диода представляет собой ломаную линию, состоящую из участка оси абсцисс (при и < 0) и наялонной линии (при и ) 0), с изломом вблизи точ- ни а=О.
Режим модуляции накладывает на выбор элементов нагрузки детектора дополнительные ограничения, Необходимо, чтобы по- . 8.32. Режимы детеитироааиия АГ:1 иаания при больших амплитудах («линей- ное» детектирование). стоянная времени цепи нагрузки была мала по сравнению с периоцом модуляции. В противном случае изменение выпрямленного напряжения на нагрузке может отставать от изменения огибающей входной э. д. с.
Подобный режим представлен на рис. 8.33, б. На участке а — б из-за чрезмерно большой инерционности лгС-цепи напряжение и,, отстает в своем росте от огибающей э, д. с. В точке б, где и, и амплитуда модулированной э. д. с. уравниваются, гон через диод и рост иаык прекращаются. На участке б — а источник з. д. с. и диод не оказывают никакого влияния на нагрузочиую цепь и в последней происходит разряд конденсатора С через резисгор гт.
Таиим образом, на участке б — в напряжение является экспонентой. Получается нелинейное искажение сигнала. Так иаи зти искажения обусловлены тесным взаимодействием нелинейного злеменга (диод) с линейной цепью ()гС), степень нелинейных искажений уависит не только от параметров цепи и глубины модуляции„но такие и от частоты модуляции.
Эти искажения возрастают с повыше- пнем частоты, а также глубины модуляции аходш и ой э. д. с. Для устранения рассматриваемых искажений необходимо, чтобы ггС ( 2гегь). С другой стороны, для сглаживания высокочастотных пульсаций требуется выполнение неравенства ЙС))2пlгле!см. (8.58)). Совме. щая эти два условия, получаем неравенства 2пУгое (( ЕС (( 2пlй. (8.56) Обычно частоты гоо и ь) сильно различаются (й <= ото) и выполнение условия (8.56) не встречает затруднений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
