Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Различие заключается лишь в том, что в параллельной схеме выходное на- Геа Рис. 17.14. Зависимость вход- наго сопротивления идеального диодного детектора от сопротивления нагрузки Рис. 17.15 Диодныа детектор с параллельным включением диода: а — ерееаеззазьиаа схема; В анееаааеетеаа схема ае Заказ ЛЬ 1!34 401 пряжение снимается не с конденсатора С, как это делается в последовательной схеме, а с резистора и диода, соединенных параллельно. Это требует дополнительного отфильтровывания высокочастотных составляющих напряжения на выходе детектора.
Поскольку высокочастотное напряжение на диоде в обеих схемах, одинаково и одинаковы процессы заряда и разряда копденсатбра, то одинаковы и зарядные токи через диод, а также их первые гармоники. Следовательно, одинаковым должно быть и шунтирующее действие импульсов тока, заряжающих конденсатор через диод. При этом следует учесть, что через конденсатор С, представляющий малое сопротивление для токов высокой частоты, подключена нагрузка )г, постоянно шунтирующая колебательный контур.
Поэтому для определения входного сопротивления схемы с параллельным включением диода можно воспользоваться эквивалентной схемой (рис. 17.15,б), состоящей из входного сопротивления последовательного детектора и сопротивления нагрузки, включенных параллельно. Отсюда следует, что при параллельной схеме включения входное сопротивление (17.11) Входное сопротивление полупроводникового диодного детектора. Согласно 3 17.3 конечное обратное сопротивление полупроводникового диода Иввр можно учесть, представив полупроводниковый диод в виде параллельного соединения идеального лампового диода и сопротивления )(ввр.
Но в соответствии с только что приведенными рассуждениями наличие сопротивления )7ввр, включенного параллельно диоду, эквивалентно с точки зрения входного сопротивления детектора включению сопротивления )7ввр/3 между входными зажимами детектора. Вследствие этого входное сопротивление полупроводникового днодного детектора при последовательном включении диодов (17.! 2) а при параллельном включении диода (1?.
13) )к вк = з,'1 з Определение входного сопротивления детектора из энергетических соображений. Существует другой способ определения входного сопротивления, опирающийся на энергетические соображения. Мощность Р„высокочастотных колебаний, потребляемая детектором, рассеивается в сопротивлении диода и в сопротивлении нагрузки; Р, =Рв+Р„, где Рв — мощность, рассеиваемая в диоде; Є— мощность, рассеиваемая в нагрузке. Мощности Р„, Рв и Р„можно следующим образом выразить через постоянную составляющую 7= и первую гармонику У, тока, о Р 1 К Р ( / 1 ~р 'г,п о Если ге(<Р, то Рл<<Рн.
Поэтому можно считать, что Р,„=Р„ или 0,5(/ 1,=(/=1=. Таким образом, 1ем = 2(/=1=/(/пь и /т„,=(/ /1 г--(/~„/2(/ 1 —. Если /7»тю о (/ =(/=, поэто у /7, =(/'= /21=(/==(/=!21== = /7/2. Полученное выражение совпадает с выражением (17.10). 17.6. ХАРАКТЕРИСТИКА И ПАРАМЕТРЫ ДЕТЕКТОРА Детектор можно рассматривать как нелинейный четырехполюсник (рис. 17.15). Нелинейный четырехполюсник может быть описан семейством характеристик выпрямлении 1 =/((/~, (/=).
(17.14) Пример такого семейства характеристик приведен на рис. 17.17. По характеристике выпрямленна определяются следующие параметры детектора: крутизна, внутреннее сопротивление, внутренний коэффнпиент усиления, а также коэффициенты передачи детектора по постоянному и переменному току. Коэффипиент передачи детектора по постоянному току Кл= равен отношению постоянного напряжения на выходе детектора к амплитуде переменного напряжения на его входе: (17.15) «„ тли 1 Рис. 17.!6.
Детектор кек нели- нейный нетырекполюсник Рнс. 17.17. Семейство херектеристик выпрямления лл д/л л/л лв л 463 текущего через диод, а также через среднеквадратическое значение этого тока 1г: .г 1 Рве=0,бает/тб Ре=Р1 о=ге — /'Рт/ср; л о или как предел этого отношения при малых приращениях Ка =с1(/=)дс) (17.16) Коэффициент передачи по переменному току также зависит от сопротивления нагрузки, и для диодного детектора при 17- оо Кд «'1 177.
НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ВСЛЕДСТВИЕ ИНЕРЦИОННОСТИ ДЕТЕКТОРА На рис,!7.18 показаны нелинейные искажения, возникающие в детекторе'вследствие его инерционности. При большой постоянной времени разряда диод может оказаться запертым, когда амплитуда высокочастотного напряжения (1 уменьшается быстрее, чем У=. На участке а(«, когда диод заперт, форма выходного напряжения не соответствует изменению амплитуды входного напряжения. Сопоставляя скорость изменения огибающей и скорость изменения постоянного напряжения на конденсаторе при разряде, мож.
но вывести условие отсутствия нелинейных искажений. Нелинейные искажения, возникающие вследствие инерционности, отсутствуют, если Ф,СК<У! — тт(пт, (17.17) где а,— верхняя частота модулирующего сигнала; т — коэффициент модуляции для частоты о«,. Пример. Пусть 1.=5 крц; т=0,8; )7=250 кОм. Иа формулы (17.17) иахо. дим, что допустимая емкость должна удовлетворять неравенству С(100 пФ. Ряс. 17.19. Схема днодното детектора с параллельным включением диода Рнс. 17.!8, Нелинейные искажения вследствие инерционности де- тектора 404 Из рис. 17.!7 видно, что этот коэффициент тем выше, чем выше сопротивление нагрузки )7, и для диодного детектора при )т' — «-со Ка 1, Коэффициент передачи детектора по переменному току можно определить как отношение Ка =А(7=/А(7, 178.
НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ВСЛЕДСТВИЕ НЕРАВЕНСТВА СОПРОТИВЛЕНИЙ НАГРУЗКИ ДЕТЕКТОРА ПОСТОЯННОМУ И ПЕРЕМЕННОМУ ТОКАМ На рис. 17.19 изображена схема диодного детектора с параллельным включением диода. Из схемы видно, что напряжение звуковой частоты снимается с части сопротивления нагрузки, которая с целью фильтрации высокочастотных составляющих напряжения разбита на два сопротивления: 17~ н 17,. Для осуществления фильтрации параллельно резистору 17т включен конденсатор Сь Кроме того, с нагрузки детектора через фильтрующую цепь ймСм снимается напряжение смещения для автоматической регулировки усиления (АРУ). Емкости конденсаторов См и Спело должны быть такими, чтобы их сопротивления были пренебрежимо малы по сравнению с сопротивлениями 17~ н утя соответственно даже для самой низкой частоты модулирующего сигнала. Сопротивление нагрузки для постоянного тока равно сумме сопротивлений: 17==71~+7Ся.
Сопротивление нагрузки по переменному току для любой частоты модулирующего сигнала можно определить по схеме, изображенной на рис. 17.20. Следует такхсе учесть входное сопротивление транзистора УТ, шунтирующее сопротивление уся. Видим, что сопротивление нагрузки переменному току меньше сопротивления нагрузки постоянному току: 17 ут'=. Неравенство сопротивлений нагрузки постоянному н переменному току вызывает нелинейные искажения, как это видно из построений и временных диаграмм, приведенных на рис. 17.21, где представлены характеристики выпрямления для различных амплитуд колебания на входе детектора. Амплитуда несущего колебания взята равной 3 В.
Модуляция предполагается 1005о-ной. т 11 т 3 и 5 7 Рис, 17.20. Схема для определения сопротивления негрувки детектора при переменном токе Рис. 17.21. Нелинейные искажения в детекторе вследствие неравевства сопротивлений негруяки детектора постоянному и переменному токаи 405 Рис. 17.22. Схема диодного детектора с подключенным к нему фильтром Выпрямленное напряжение У= при любой частоте модулирующего сигнала изменяется в соответствии с нагрузочной линией по переменному току (1г ). Поэтому в нижней части напряжение У= н ток 7= ограничены.
Напряжение У= не опускается ниже 1 В, а ток 7= достигает нуля. Отсечка постоянной составляющей тока происходит вследствие запирания диода. Это явление можно проиллюстрировать, рассмотрев схему детектора с последовательным включением диода, показанную на рис. 17.22. Пусть в этой схеме )т=! МОм; 1гаг=2 МОм. Будем считать, что при У н=З В У,р также равно 3 В. До такого напряжения, неизменного в пределах периода модулирующего сигнала, заряжен конденсатор фильтра. Наименьшее постоянное напряжение на нагрузке получается за счет деления напряжения У=,р между сопротивлениями Йм и 1т' (7,„=Р7(~+а,)1(7 „=(~(1+2) ( 8=1 В. Следовательно, при У (1 В диод запирается.
Для уменьшения искажений нужно уменьшить коэффициент деления напряжения У=,р, обсспечив выполнение неравенства ()7/()7+)1Ф) ~ <<1. Обычно сопротивления )с и )7ф выбираются такими, что 17/()7+1»ср) » ~1 — н1тах. (17.18) Например, если тюка=0,9, то )г/()г+17ат)(0,1. Другими словами, если йм в 10 раз больше, чем )т, то искажений не будет, если лтгаах< 0,9 Искажения из-за неравенства сопротивлений более опасны, нежели искажения вследствие инерционности нагрузки, так как они возможны на всех частотах модулирующего сигнала, тогда как искажения вследствие инерционности возможны лишь на высоких частотах модулирующего сигнала. 179, ИСКАЖЕНИЯ ВСЛЕДСТВИЕ НЕЛИНЕЙНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДА Для уменьшения влияния нелинейности характеристики диода на детектор подают напряжение большой амплитуды и используют большие сопротивления нагрузки.
Однако следует учитывать, что даже при большнх амплитудах входного напряжения последнее становится малым при глубокой модуляции <вниз». Возникаю- 496 лг а'дг Рис. 17.23, Диодиые детекторы с повышенной линейностью детектирования малых наприженнй; о — схема последовательного детектора; б — схема параллельаога детектора щие при этом нелинейные искажения можно уменьшать, применяя схемы детекторов 151], показанные на рис. 17.23. Оци отличаются от обычных схем последовательного и параллельного диодных детекторов наличием дополнительного диода П>2, включенного в разрядную цепь конденсатора. Сопротивление диода Л72 для разрядного тока увеличивается при уменьшении напряжения на конденсаторе.
Это увеличивает постоянную времени разряда конденсатора, а также напряжение при детектировании малых напряжений. Дополнительный эффект некоторого увеличения выходного напряжения при детектировании малых напряжений создает нелинейный делитель напряжения, состоящий из )(и (г02 и )са. 17ИО. ОДНОВРЕМЕННОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ДВУХ НАПРЯЖЕНИИ С РАЗЛИЧНЫМИ НЕСУЩИМИ ЧАСТОТАМИ Часто напряжение на входе детектора является суммой двух напряжений с различными несущими частотами: иах= (тоа1 сон Оэгс+ (7гла соз 03а1, где одно из слагаемых — полезный сигнал, а второе — сигнал мешающей станции.
Детектор может считаться безынерционным, если для частоты биений (ша — ш1) выполняется условие 1/~ (шт— — ш,) ) )>)7С, Тогда напряжение на выходе детектора зависит от мгновенного значения амплитуды суммарного колебании на входе детектора: и„=")у'б'„, + и',+йи,и, При линейном безынерционном детектировании напряжение на выходе совпадает с огибающей колебания на входе.