Детектування слабких АМ-сигналів

Вольт-амперна характеристика детектуючих елементів (діодів, транзисторів) при малих рівнях напруг характеризується значною нелінійністю. Водночас існує область напруг, де вольт-амперну характеристику детектуючих елементів можна вважати лінійною. Саме ця обставина є визначальною стосовно того, слабким чи сильним є детектований сигнал. Отже, детектований радіосигнал вважається слабким, якщо визначальною для протікаючого струму детектованого сигналу є нелінійність ВАХ детектуючого елемента. Сигнал вважається сильним (знаходиться в області великих напруг), коли можна вважати, що для протікаючого струму детектованого сигналу ВАХ лінійна. У випадку транзисторних детекторів сигнал вважаеться слабким, якщо його амплітуда менша за 25 мВ, водночас для діодних детекторів сигнал слабкий, якщо його амплітуда менша за 250 мВ.

Розглянемо випадок детектування немодульованих коливань, тобто випадок, коли на вхід детектора буде подаватися гармонійний сигнал:

.

Величина напруги, що буде прикладатися до детектуючого елемента (діода) у випадку послідовного діодного детектора буде дорівнювати різниці вхідної напруги й спаду напруги на навантаженні:

.

Оскільки ВАХ напівпровідникового діода не має різких зламів, то при малих величинах прикладених напруг у першому наближенні її можна подати у вигляді

,

де S − крутизна ВАХ, мА/В;

S´, S´´ − відповідно перша та друга похідні крутизни;

U − прикладена до діода напруга.

Підставимо в дане рівняння значення напруги й обмежимося першими двома доданками аналітичного відображення ВАХ

Скористаємося формулою

.

Розкривши дужки, отримаємо:

Оскільки ми детектуємо немодульовані коливання, то результатом детектування повинна бути постійна напруга. Схемотехнічно, використовуючи відповідні фільтри, відділяємо постійні складові детектованого сигналу. При цьому на виході фільтра ми отримаємо значення струму, що і протікатиме через навантаження:

При детектуванні слабкого сигналу справедлива нерівність , отже, , тому:

.

Домножимо ліву й праву частини цього рівняння на R_{н .} Враховуючи, що , отримаємо:

.

Доданок перенесемо з правої частини рівняння в ліву. При цьому отримаємо:

або

.

З даного рівняння може бути знайдена величина , виражена через параметри елементів схеми та амплітуду несучих коливань:

За визначенням, коефіцієнт передачі детектора

де U_Ω − амплітуда сигналу на виході детектора.

Оскільки детектуються немодульовані коливання, то амплітуда модулюючого сигналу U_Ω дорівнює , а отже, коефіцієнт передачі детектора:

.

Перший множник у виразі для коефіцієнта передачі детектора є деяка константа С, що характеризує даний детектор. Отже, для даного детектора

,

де − деяка константа характерна для випадку детектування слабкого сигналу.

Отже, зміна амплітуди несучих коливань приводить до зміни коефіцієнта передачі детектора, а отже, і до зміни величини вихідної напруги. При детектуванні модульованих коливань це означатиме, що на виході детектора буде присутній сигнал частоти модуляції, а також складова, пропорційна амплітуді несучих коливань.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: