Основные характеристики и параметры амплитудного детектора

АМПЛИТУДНЫЙ ДЕТЕКТОР

Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов

Санкт-Петербург, Красноярск

2000г.

Составители: Ю.В. Ветров, В.В. Исаев, С.Б. Макаров,

С.А. Подлесный, А.М. Уланов, А.А. Шипицын;

под редакцией С.Б. Макарова и С.А. Подлесного

УДК 621.396.7

Устройства приема и обработки сигналов: Учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов/Санкт-Петербургский гос. тех. университет, Красноярский гос.тех. университет; Сост.: Ю.В. Ветров, В.В. Исаев, С.Б. Макаров, С.А. Подлесный, А.М. Уланов, А.А. Шипицын; под ред. С.Б. Макарова и С.А. Подлесного. С-Пб, Красноярск, 2000/.

Учебное пособие к автоматизированному лабораторному практикуму по курсу «Устройства приема и обработки сигналов». Излагаются основные принципы построения узлов устройств приема и обработки сигналов и описания лабораторных работ: «Входные цепи», «Преобразователь частоты», «Частотный детектор», «Амплитудный детектор», «Фазовая автоподстройка частоты» и «Автоматическая регулировка усиления». Приводится методика проведения лабораторных работ с использованием встроенного цифрового процессора и персонального компьютера.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров «Радиотехника», «Техническая физика», «Телекоммуникации» и при подготовке дипломированных специалистов по направлениям «Радиотехника», «Телекоммуникации».

Ил. Библиография.
Оглавление.

Предисловие. 4

Амплитудный детектор. 6

1. Общие вопросы. 6

2 Основные характеристики и параметры амплитудного детектора. 7

3. Принцип действия и характеристики диодного детектора. 8

4 Транзисторный детектор. 14

5 Синхронный детектор. 15

6. Лабораторная работа. 16

6.1 Структурная схема установки. 18

6.2 Панель ручного управления. 19

6.3 Поле цифробуквенного дисплея. 19

7. Программа и порядок выполнения работы. 20

8. Содержание отчета. 22

9. Контрольные вопросы. 23

Список литературы. 25

Предисловие.

Содержание учебного пособия соответствует программе курса “Устройства приема и обработки сигналов”, предусмотренного государственным образовательным стандартом. Структура пособия состоит из теоретической части, в которой даются основные методы построения узлов устройств приема и обработки аналоговых и цифровых сигналов, и практической части, соответствующей лабораторному практикуму.

В процессе изучения происходит знакомство с общими принципами работы основных узлов устройств приема и обработки сигналов, физическими процессами, протекающими в этих узлах устройств, особенностями системотехнических и схемотехнических решений, тенденциями развития теории и техники. При изложении материала учебного пособия широко используются сведения, изучаемые в других разделах курса «Устройства приема и обработки сигналов». Материал этих разделов имеется в учебной литературе, список которой приведен в данном пособии.

Экспериментальные исследования обеспечивают поддержку основных разделов курса. В лабораторном практикуме предусмотрено выполнение исследований различных радиотехнических узлов, входящих в состав радиоприемных комплексов локационных и навигационных систем, устройств оптимальной обработки цифровых сигналов, телекоммуникационных и телевизионных устройств, систем автоматического управления, устройств синхронизации и поиска сигналов.

Автоматизированные лабораторные установки позволяют проводить лабораторные работы как в автономном режиме, с использованием встроенных измерительных приборов и источников питания, так и в режиме управления от ЭВМ, в том числе и с управлением по компьютерной сети в режиме удаленного доступа. Выполнение лабораторной работы заканчивается составлением отчета с выводами по проведенным экспериментальным исследованиям. В ряде случаев предусматривается выполнение расчетного домашнего задания с предоставлением результатов расчета и ответов на контрольные вопросы, перечень которых приведен в конце каждого раздела учебного пособия. Лабораторный практикум является одним из основных в подготовке бакалавров, магистров и дипломированных специалистов широкого профиля.

При подготовке учебного пособия учтен опыт работы коллектива кафедр “Радиотехника и телекоммуникации” и “Радиоэлектронные средства защиты информации” радиофизического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, а также преподавателей и специалистов Красноярского государственного технического университета.

Амплитудный детектор.

Общие вопросы.

Амплитудным детектором (АД) называется устройство, предназначенное для получения на выходе напряжения, изменяющегося в соответствии с законом модуляции амплитуды входного гармонического сигнала. Процесс детектирования амплитудно-модулированных (АМ) сигналов вида

u_c (t) = u_a (t)cos(ω_ct), (1)

где u_a (t)= U_c [1+ m_ax (t)], m_a £ 1 – коэффициент глубины модуляции; U_c – амплитуда несущего колебания с частотой ω_c, заключается в воспроизведении модулирующего сообщения x (t) с наименьшими искажениями. Спектр сообщения x (t) сосредоточен в области низких частот (частот модуляции), а спектр сигнала u_c (t) – в области частоты ω_c, значение которой обычно намного превышает значение наивысшей частоты модуляции. Преобразование спектра при демодуляции возможно только в устройствах, выполняющих нелинейное или параметрическое преобразование входного сигнала u_c (t).

При использовании нелинейного устройства, обладающего квадратичной вольт-амперной характеристикой, выходной токимеет вид:

, (2)

где В – постоянный коэффициент. После устранения фильтром низких частот (ФНЧ) составляющей с частотой 2 ω_c получим:

. (3)

В этом токе содержится составляющая вида , пропорциональная передаваемому сообщению, а также составляющая , которая определяет степень нелинейных искажений модулирующего сообщения x (t).

Параметрическое преобразование осуществляется путем умножения u_c (t) на опорное колебание, имеющее вид: u₀ (t)= U₀ cos(ω_ct). В этом случае результат перемножения определяется следующим выражением:

u_c (t) u₀ (t)= u_a (t) U₀ [0,5+0,5cos(2 ω_ct)]. (4)

Составляющая с частотой 2 ω_c устраняется ФНЧ и в результате формируется низкочастотный сигнал вида 0,5 U₀u_a (t). Отделяя постоянную составляющую 0,5 U₀U_c, например, при помощи разделительного конденсатора, получаем сигнал вида 0,5 U₀U_cm_ax (t), форма которого определяется передаваемым сообщением x (t).

Основные характеристики и параметры амплитудного детектора.

Детекторная характеристика представляет собой зависимость постоянной составляющей U ₌ выходного напряжения от изменения амплитуды U_с немодулированного сигнала u_c (t)= U_c cos(ω_ct). Уровень нелинейных искажений, имеющих место при детектировании, определяется видом детекторной характеристики. По детекторной характеристике можно определить диапазон изменения амплитуды u_a (t) модулированного сигнала (1), при котором нелинейные искажения модулирующего сообщения x (t) не будут превышать определенного предела.

Крутизна детекторной характеристики определяется как производная:

.

Крутизна детекторной характеристики является безразмерной величиной и по аналогии с показателями любого усилительного узла характеризует передаточные свойства детектора.

Коэффициент нелинейных искажений является численной мерой нелинейных искажений модулирующего сообщения x (t) при гармонической модуляции с частотой W = 2p F:

,

где U_{n W}– амплитуда колебания с частотой n W на выходе амплитудного детектора.

Коэффициент передачи амплитудного детектора определяется при гармонической модуляции с частотой W отношением:

,

где U _W– амплитуда колебания с частотой W на выходе амплитудного детектора.

Частотная характеристика является зависимостью коэффициента передачи амплитудного детектора от частоты модуляции k _W= f (W).

Коэффициент фильтрации амплитудного детектора задается отношением:

где U_w – амплитуда первой гармоники высокочастотного колебания на выходе амплитудного детектора.