Мета роботи. - провести дослідження фізичних процесів, які відбуваються при детектуванні немодульованих і модульованих по амплітуді коливань амплітудним детектором з

- провести дослідження фізичних процесів, які відбуваються при детектуванні немодульованих і модульованих по амплітуді коливань амплітудним детектором з напівпровідниковим детектором при послідовному і паралельному включенні навантаження.

5.2. Теоретичні відомості

Робота детектора

Призначенням детектора є виділення корисного низькочастотного сигналу з високочастотного, що є несучим. При цьому найпростішими являються паралельний та послідовний амплітудні діодні детектори. Їх схеми приведені на рисунку 5.9. а,б відповідно.

Розглянемо роботу детекторів у встановленому режимі.

Тут: – немодульоване синусоїдальне коливання:

.

Напруга на діоді складається з і випрямленої напруги :

(77)

Рис. 5.1. Графік роботи детектора

Напругу можна рахувати постійною, якщо ємність велика і, звідси, її опір на частотах w, 2w, 3w и т.д. дуже малий. Вольт-амперну характеристику діода можна рахувати лінійно-ламаною лінією. Тоді струм діода матиме вигляд синусоїдальних імпульсів з кутом відсічки рівним wt (рисунок 5.1.), при якому . Прирівнюючи в (77), отримаємо:

Так як відношення – коефіцієнт передачі детектора, то:

.

При струм діода становить .

При струм діода визначається за формулою:

Постійна складова струму діода створює на випрямлену напругу і визначається виразом:

(78)

Оскільки , то тоді:

, (79)

.

При великих кутах :

При малих :

і тоді отримаємо:

(80)

З формули 2 видно, що і не залежать від и . Залежність називають характеристикою детектора.

Вхідний опір діодних детекторів

Розглянемо схему послідовного детектора (рисунок 5.2.). Струм діода – несинусоїдальний. Контур віддає енергію ВЧ коливань у вхідний ланцюг діода (точки а і б) тільки на частоті , так як напруга і т.д. на ньому відсутня. Звідси, визначається першою гармонікою вхідного струму:

(81)

де – перша гармоніка струму проміжної частоти:

(82)

Підставивши (81) в (82), отримаємо:

При малих , але тоді:

При порівняно великих величинах :

і

Розглянемо вплив кінцевого зворотнього опору діода на величину Rвх (рисунок 5.2.).

Рис. 5.2. Схема послідовного амплітудного детектора

З рисунка видно, що:

Звідси:

(83)

Як видно наявність кінцевого зворотного опору ПП діода приводить до зменшення детектора.

Розглянемо схему паралельного детектора (рисунок 5.9.а). Тут:

(84)

Звідси:

.

Кінцева величина зворотного опору діода зменшується його вхідний опір, як видно з (85):

(85)

Нелінійні завади при детектуванні

Завади можливі по наступним причинам:

а) за рахунок нелінійності реальної характеристики обумовленої тим, що вольт-амперна характеристика діода не є строго лінійно-ламаною лінією (рисунок 5.3.).

Якщо використовується лінійна ділянка характеристики детектування, то лінійні завади не помітні. Враховуючи, що протяжність нелінійної ділянки складає для лампових діодів В при обирають амплітуду напруги коливання несучої (проміжної) частоти на виході детектора В.

Для напівпровідникових діодів нелінійна ділянка детекторної характеристики складає значно меншу величину, чим для лампових, тому при В можна рахувати її практично прямолінійною:

Рис. 5.3. Нелінійні спотворення зумовлені нелінійністю АЧХ діода

Рис. 5.4. Нелінійні спотворення зумовлені інерційністю роботи коденсатора

б) за рахунок впливу інерційності навантаженню детектора, при якій швидкість зміни напруги на конденсаторі являться менше швидкості зміни амплітуди коливання несучої частоти, обумовленої законом модуляції і спектром частот модульованих коливань (рисунок 5.4.).

Умова відсутності нелінійних завад визначається вибором постійної часу навантаження:

(86)

в) за рахунок роздільного ланцюга (рисунок 5.5.). Зазвичай так як обирають з умови відсутності частотних завад на нижніх частотах спектра звукових сигналів. Тому Конденсатор заряджений до амплітуди коливання несучої частоти . При зменшенні стрибком до 0 конденсатор повільно розряджається через опір . Струм розряду створює на падіння напруги:

яка закриває діод і являється напругою зарядки . При цьому виникає нелінійні завади (рисунок 5.6.).

Рис. 5.5. Схема послідовного амплітудного детектора з розділяючим колом

Рис. 5.6.Спотворення зумовлені наявністю розділяючого кола

Умова відсутності нелінійних завад:

чи (87)

Перетворюючи, отримаємо:

Якщо ця умова в реальній схемі реалізується важко, ставлять дільник напруги. При наявності дільника умови відсутності нелінійних завад наступні:

(88)