Детекторы импульсных сигналов

В приемниках импульсных сигналов различают детекторы следующих типов:

1. Детекторы, преобразующие импульсы высокой частоты в видеоимпульсы с повторением формы огибающей импульсов (рис.9.55). Их называют детекторами радиоимпульсов или импульсными детекторами.

2. Детекторы, преобразующие импульсы высокой частоты или последовательность видеоимпульсов в напряжение, повторяющее форму огибающей импульсной последовательности (рис.9.55). Эти детекторы называют пиковыми детекторами.

Принципиальная схема детектора импульсных сигналов не отличается от схемы детектора непрерывных сигналов (рис.9.56). Отличие детекторов импульсных сигналов от детекторов непрерывных сигналов, а также импульсных детекторов от пиковых выражается в величине постоянной времени цепи нагрузки .

Рис.9.55

Рис.9.56

9.6.2 Пиковые детекторы

В пиковых детекторах постоянная времени выбирается такой, чтобы можно было обеспечить слежение за амплитудой радио- или видеоимпульсов. Конденсатор нагрузки детектора заряжается до пикового (максимального) значения амплитуды текущего импульса и хранит его до прихода следующего импульса.

Выходное напряжение детектора равно

, (9.131)

где

, (9.132)

q – скважность импульсов:

. (9.133)

При наличии синусоидального заполнения импульсов (радиоимпульсы на входе) для расчета среднего значения тока справедливы выражения, полученные ранее для детекторов непрерывных сигналов, следовательно

. (9.134)

Тогда выходное напряжение

, (9.135)

где - эквивалентное сопротивление нагрузки.

Из (9.135) видно, что при увеличении скважности импульсов для поддержания выходного напряжения на том же уровне необходимо увеличивать сопротивление нагрузки, чтобы =const. Это связано с тем, что с ростом скважности увеличивается угол отсечки, так как за время, равное длительности импульса конденсатор нагрузки не успевает зарядиться как при непрерывном сигнале:

, (9.136)

так как

.

Рис.9.57

При наличии видеоимпульсов на входе (рис.9.57)

. (9.137)

Тогда проводимость прямой передачи детектора равна

, (9.138)

а выходная проводимость

. (9.139)

Внутренний коэффициент усиления детектора будет равен

.

Тогда коэффициент передачи детектора

(9.140)

будет оставаться постоянным при изменении скважности только при одновременном изменении сопротивления нагрузки, чтобы =const.

Таким образом, при детектировании импульсных сигналов в динамическом режиме пиковый детектор обладает пониженным коэффициентом передачи и небольшим входным сопротивлением. Для улучшения его характеристик приходится увеличивать сопротивление нагрузки до значений порядка 1-10 МОм. В связи с этим для пикового детектора чаще всего применяют параллельную схему, в которой функции нагрузки выполняет внутреннее сопротивление самого диода.

В импульсных детекторах постоянная времени цепи нагрузки выбирается из условия . Влияние пониженного входного сопротивления детектора R_вх (рис.9.58) по мере заряда конденсатора нагрузки приводит к шунтированию колебательного контура на входе и уменьшению напряжения U_к на контуре. Это приводит к формированию переднего фронта выходного видеоимпульса U_вых протяженностью .

Рис.9.58

9.6.3 АРУ импульсных РПрУ

1. Инерционная АРУ (ИАРУ) характеризуется следующими особенностями:

а) детектор АРУ обычно пиковый;

б) малое быстродействие;

в) схема ИАРУ аналогична схеме АРУ для непрерывных сигналов, т.е. это, как правило, система с обратной связью, охватывающая несколько каскадов;

г) время регулирования значительно больше периода повторения импульсов;

д) низкая помехоустойчивость, т.к. мощные помехи быстро уменьшают усиление тракта (рис.9.59), а период восстановления напряжения регулирования достаточно продолжителен из-за большой постоянной времени нагрузки. В результате происходит потеря слабых полезных сигналов следующих во времени сразу за мощными помехами.

Для улучшения помехоустойчивости применяют систему ИАРУ с подавлением коротких помех, приведенную на рис.9.60.

Рис.9.59

Рис.9.60

На время действия коротких мощных помех цепь АРУ отключается, и коэффициент передачи тракта не изменяется.

2. Быстродействующая АРУ (БАРУ).

Для увеличения быстродействия и уменьшения времени регулирования следует охватывать АРУ как можно меньшее число каскадов. В БАРУ с целью уменьшения группового времени задержки импульсных сигналов , как правило, системой АРУ охватывается только один каскад. Время регулирования не превышает 1 мкс.

3. Мгновенная АРУ (МАРУ).

Для уменьшения времени регулирования до значений 0,1…0,3 мкс необходимо отказаться от принципа регулирования с цепью обратной связью. Один из примеров реализации МАРУ приведен на рис.9.61.

Рис.9.61

Постоянная времени цепи нагрузки детектора выбирается из условия . Как только амплитуда высокочастотного напряжения на контуре U₁ превысит порог срабатывания U_МАРУ, диод открывается и начинается подзаряд конденсатора С_д. Угол отсечки диода равен примерно , поэтому его входное сопротивление очень мало и шунтирует контур. Напряжение на контуре уменьшается. С уменьшением амплитуды входного напряжения угол отсечки уменьшается, поэтому входное сопротивление детектора увеличивается и прекращается шунтирование колебательного контура.

Вторым примером может служить система МАРУ с логарифмической амплитудной характеристикой, структура которой представлена на рис.9.62.

Рис.9.62

Рис.9.63

Выходные сигналы всех УПЧ детектируются, и видеоимпульсы суммируются с помощью линии задержки. Звенья линии задержки между соседними каскадами предназначены для задержки сигналов на время группового запаздывания отдельного каскада . Принцип регулирования основан на последовательном исключении каскадов УПЧ, перешедших в режим насыщения. Точки 1, 2, 3 на графике рис.9.63 соответствуют моментам перехода в режим насыщения каскадов УПЧ, начиная с выходного.

Пусть УПЧ состоит из n однотипных каскадов с коэффициентом передачи . Выходное напряжение насыщенного каскада является постоянной величиной и не зависит от уровня входного сигнала. Величина входного напряжения определяет число насыщенных каскадов i и выходноe напряжение всего УПЧ в соответствии с выражениями:

, (9.141)

. (9.142)

Уровень входное напряжения соответствует насыщение последнего n-го каскада.

Логарифмируя (9.141), получаем

, (9.143)

откуда

. (9.144)

Выражение (9.142) с учетом (9.144) можно записать в следующем виде

. (9.145)

Учитывая, что все величины, кроме , входящие в (9.145) являются константами, получаем аппроксимированную отрезками прямых линий логарифмическую зависимость выходного напряжения от входного

.

Точки 1, 2, 3 принадлежат логарифмической зависимости, показанной на рис.9.63 пунктирной линией.

4. Временная АРУ (ВАРУ)

Позволяет формировать определенный закон изменения усиления во времени. Применяется в РЛС для поддержания на выходе приемника постоянной амплитуды сигнала отклика, например, для обеспечения одинаковой яркости меток, соответствующих объектам на различных расстояниях. Поскольку отраженные импульсы с увеличением расстояния могут иметь достаточно малую амплитуду необходимо увеличивать коэффициент передачи регулируемого каскада пропорционально расстоянию до объекта таким образом, чтобы зондирующий импульс и отклик на выходе РПрУ были одинаковыми по амплитуде.

Рис.9.64

Рис.9.65

Структурная схема ВАРУ и диаграммы, поясняющие работу системы, приведены на рис.9.64 и рис.9.65.