ОБМЕЖУВАЧІ АМПЛІТУДИ

Лабораторна робота №3

Дослідження характеристик частотного детектора

ОБМЕЖУВАЧІ АМПЛІТУДИ

У системах радіомовлення, телебачення та зв’язку передача сигналу від радіопередавача до відповідного приймача здійснюється з використанням вільного розповсюдження радіохвиль. При вільному розповсюдженні радіохвиль спостерігається їх розсіювання на різноманітних атмосферних розсіюючих та поглинаючих частинках у вигляді конденсованої водяної пари (дощ, хмара, град, сніг), на неоднорідностях діелектричної проникності атмосфери. Ослаблення напруженості поля радіохвиль, коротших за 3−4 см (f >7÷10 ГГц) відбувається за рахунок резонансного та нерезонансного поглинання в газах, що утворюють атмосферу. Флуктуації амплітуди радіосигналу при використанні вільного розповсюдження радіохвиль можуть досягати декількох десятків децибел. Як правило, розрізняють два різновиди зміни рівня сигналу – регулярні та випадкові. Регулярні зміни амплітуди зумовлюються відносно повільними змінами електричних параметрів атмосфери. Цей різновид флуктуацій слід враховувати при заданні енергетичних параметрів лінії зв’язку, підвищуючи тим самим надійність самої лінії зв’язку.

Випадкові флуктуації рівня сигналу на вході радіоприймача, які називають завмиранням, як правило, є процесами з квазіперіодом від часток секунд до десятків хвилин. Основною характеристикою завмирань є їх глибина. Глибиною завмирань називається відхилення значення амплітуди сигналу від деякого умовного рівня. До основних причин виникнення завмирань слід віднести:

- у вільному просторі радіохвилі розповсюджуються за різними траєкторіями і в точці приймання, як правило, спостерігається багатопроменева структура поля, яка і є причиною так званих інтерференційних завмирань;

- випадкові зміни умов ослаблення електромагнітного поля, як, наприклад, внаслідок зміни екрануючого впливу Землі;

- випадкові зміни поляризації прийнятої електромагнітної хвилі.

Як і будь яка випадкова величина, рівень флуктуацій сигналу може бути оцінений тільки статистично. Закон розподілу миттєвих значень амплітуди залежить від механізму розповсюдження. При цьому в рамках одного механізму цей закон може змінюватися в часі.

Степінь прояву вищевказаних факторів суттєво залежить від ширини спектра радіосигналу. У зв’язку з цим спектральні складові радіосигналу, що характеризуються широким спектром частот, будуть характеризуватись іншим співвідношеннями амплітуд на приймальній стороні, ніж співвідношення, яке було сформовано на передавальній стороні лінії радіозв’язку.

У випадку амплітудно-модульованих коливань ширина спектра не перевищує 10 кГц, тому різниця в умовах розповсюдження між верхньою та нижньою складовими спектра нехтовно мала. Водночас, для радіосигналів із частотною та фазовою модуляціями, в яких ширина спектра знаходиться в межах 50÷250 КГц, знехтувати різницею в умовах розповсюдження неможливо. Внаслідок чого на приймальній стороні системи радіозв’язку широкосмуговий сигнал отримує паразитну амплітудну модуляцію, наявність якої спричинятиме спотворення детектованого сигналу.

Для зменшення впливу паразитної амплітудної модуляції на результат детектування між останнім каскадом підсилювача проміжної частоти та відповідним детектором розміщують обмежувач амплітуди – пристрій, що знижує величину паразитної амплітудної модуляції. На рис. 2.1 зображені характеристики реального (крива 1) та ідеального (крива 2) обмежувачів амплітуди.

Рис. 1.1 Амплітудна характеристика реального (крива 1) та ідеального обмежувачів амплітуди (крива 2)

Діапазон робочих частот обмежувача амплітуди повинен бути узгодженим із шириною спектра радіосигналу, амплітуда якого обмежується. Найпростішим прикладом амплітудного обмеження є обмежувач із фіксованим рівнем обмеження амплітуди, який визначається величиною напруг зміщення джерел Е₁, Е₂ (рис. 1.2, а). При амплітудах сигналу, менших певного порогового рівня (менше Е₁, Е₂), обмежувач не впливає на амплітуду сигналу (рис. 1.2, б). Даний обмежувач ефективно працює в том випадку, якщо амплітуда радіосигналу більше порогового рівня спрацювання обмежувача. Забезпечити виконання такої умови можна, якщо амплітуда сигналу радіостанції, від якої приймається сигнал, буде достатньо великою, або система автоматичного регулювання підсилення радіоприймального пристрою настільки ефективна, що при будь-якій зміні амплітуди сигналу, що подається на обмежувач, амплітуда сигналу не знижувалась нижче заданого джерелами Е₁, Е₂ рівня.

а) б)

Рис. 1.2. Обмежувач із фіксованим рівнем амплітудного обмеження: а) схема електрична принципова обмежувача; б) ілюстрація принципу обмеження амплітуди

На практиці більш широкого розповсюдження набули динамічні діодні обмежувачі амплітуди, в яких рівень обмеження амплітуди автоматично змінюється при зміні середнього значення амплітуди радіосигналу (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема електрична принципова динамічного діодного обмежувача амплітуди

Рівень обмеження амплітуди визначається напругою зміщення, яка дорівнює напрузі на конденсаторах . Постійна часу -ланок та обирається такою, щоб вона була більшою за максимально можливий період паразитних амплітудних модуляцій.

Якщо амплітуда сигналу, що формується на котушці зв’язку L _зв, буде перевищувати напругу зміщення, сформовану на конденсаторах , то відкриються діоди та , при цьому в коливальний контур буде внесено активний опір згасання , . У свою чергу це приведе до зміни добротності коливально контуру, а отже, до зменшення величини його реактивного опору на центральній (резонансній) частоті. Зниження опору в колекторному колі транзистора приведе до зниження коефіцієнта підсилення резонансного підсилювача.

У випадку інтегральних обмежувачів амплітуди переважно використовуються схеми диференційних підсилювачів (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Обмежувач амплітуди на диференційному підсилювачі

Рис. 1.5. Принцип дії обмежувача амплітуди на диференційному підсилювачі

Характерною особливістю диференційних підсилювачів (рис. 2.5) є те, що сума струмів, які протікають через , залишається незмінною при будь-яких величинах вхідного сигналу, тобто

У міру зростання амплітуди вхідного сигналу струм, що протікає через транзистор , все більше буде нагадувати за своєю формою прямокутні імпульси. Оскільки до колекторного кола цього транзистора під’єднано коливальний контур, то з його допомогою здійснюється вибір сигналу основної гармоніки. Гармонійні складові з частотами, відмінними від резонансної частоти коливального контуру, матимуть значно меншу амплітуду. Таким чином буде відтворюватись синусоїдальна форма вхідного сигналу, але вже без паразитної амплітудної модуляції.

Контрольні запитання та завдання

1. Чому виникає необхідність здійснювати обмеження амплітуди перед детектуванням ЧМ-, ФМ-сигналу?

2. Сформулюйте вимоги до АЧХ-обмежувача амплітуди.

3. Динамічні обмежувачі амплітуди. Схемотехнічна реалізація.

4. Обмежувачі амплітуди. Основні параметри й характеристики обмежувачів амплітуди та їх функціональне призначення.

5. Недоліки обмежувачів амплітуди з фіксованим рівнем обмеження.

6. Назвіть основні причини виникнення паразитної амплітудної модуляції.

7. Чому паразитна амплітудна модуляція характерна для широкосмугових радіосигналів?

8. Яким вимогам повинна відповідати постійна часу − ланок динамічного обмежувача амплітуди?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: