Спотворення при діодному детектуванні сильних сигналів

Виконання умови “сильний сигнал” при його амплітудному детектуванні забезпечує найбільш високу відповідність форми огинаючого та детектованого сигналів. Проте є ряд факторів, які навіть при виконанні умови “сильний сигнал” вноситимуть спотворення в результат детектуванння (детектований сигнал).

Розглянемо випадок детектування амплітудно-модульованого сигналу з певною величиною коефіцієнта модуляції m.

Зміна величини коефіцієнта модуляції в напрямку її зростання може привести до того, що умова “сильний сигнал” у певні інтервали часу виконуватися не буде.

Вважатимемо, що амплітуда цього сигналу повинна залишатися більшою, ніж деяке мінімальне порогове значення (U_c>U_пор). У кількісному вираженні для випадку напівпровідникового діода вважатимемо, що:

або

Приймемо, що величина порогової напруги U_пор= 0,1 В.

Тоді, наприклад, при m= 0,5 величина U_m0> 0,2 В, а вже при m= 0,9 величина повинна бути більшою за 1 B.

Як правило, величину m вибирають у межах 0,5÷0,7.

Рис.2.14. Осцилограма однотонально амплітудно-модульованого сигналу

Розглянемо випадок, коли постійна часу RC-ланки навантаження (Рис. 2.4.2) не відповідає нерівності

Рис. 2.15. Електрична принципова схема амплітудного детектора

Якщо C_н = 0, то на виході детектора ми отримаємо зображену на Рис. 2.16 форму сигналу (суцільна лінія).

Рис. 2.16. Зміна форми детектованого сигналу при різних величинах , де τ –постійна часу(τ _1, τ₂ відповідно менше та більше оптимальної величини)

На Рис.2.16. пунктирною лінією зображені криві розрядки конденсатора навантаження при

; .

Модуль швидкості зміни напруги на навантаженні повинен бути співрозмірним, можливо, дещо більшим ніж модуль швидкості зміни напруги модулюючого коливання. Отже,

Дана нерівність повинна справджуватись для моменту часу t=t₁

Рис. 2.17. Форма вихідного сигналу детектора при оптимальній величині

Швидкість зміни напруги буде залежати від постійної часу розрядки RC-ланки. Починаючи з t₁, тобто з моменту зарядки конденсатора до амплітудного значення:

З високою точністю можна вважати, що , отже , тому:

Після диференціювання отримаємо

У моменту часу модуль швидкості зміни напруги на навантаженні буде дорівнювати

Модуль швидкості зміни величини модулюючої напруги для моменту часу дорівнює

Підставимо отримані величини модулів похідних в нерівність для модуля швидкості зміни напруги на навантаженні та модуля швидкості зміни напруги модулюючого коливання і використавши , отримаємо:

.

Здійснивши нескладні перетворення, отримаємо:

Дана нерівність повинна виконуватися при всіх можливих значеннях . Якщо дослідити ліву частину на екстремум, то виявиться, що точка екстремуму відповідатиме мінімуму лівої частини нерівності за умови

Оскільки , то ліва частина нерівності запишеться наступним чином:

,

Звідси отримаємо

Якщо дана нерівність справедлива для , то вона буде тим більше справедлива для , тому вважатимемо, що :

У випадку реального АМ-сигналу величина коефіцієнта модуляції m вважається такою, що змінюється в межах . При цьому ліва частина дорівнює ^. Ці величини і обмежують величину добутку :

Виконання даної нерівності можна досягти обмежуючи верхню частоту модулюючого сигналу. Природно, що виконуючи цю умову ми будемо вносити спотворення в детектований сигнал. Зниження величини опору навантаження детектора буде приводити до зниження коефіцієнта передачі детектора внаслідок зменшення величини його вхідного опору. Для компенсації такої зміни необхідно вводити додаткові підсилювальні каскади, наприклад, каскади підсилювачів проміжної частоти. Величина ємності конденсатора навантаження обмежена знизу власною (паразитною) ємністю детектуючого елемента (діода). При ефективність детектування знижується, оскільки буде виявлятися шунтуюча дія ємності паразитного конденсатора діода.

При детектуванні сильного сигналу спотворення можуть виникати також внаслідок того, що на роздільному конденсаторі, який розміщений між детектором і ПНЧ, виникає постійна складова напруги.

Рис. 2.18. Виникнення постійної складової напруги на за рахунок напруги на роздільному конденсаторі

Формування постійної складової напруги на роздільному конденсаторі буде призводити до виникнення постійної складової напруги на , внаслідок чого будуть змінюватися умови роботи детектуючого елемента:

Мінімальною величина амплітуди несучих коливань буде за умови, коли:

Для того щоб детектування відповідало випадку детектування сильного сигналу, необхідно, щоб виконувалась нерівність

Отже,

Поділивши ліву і праву частини нерівності, отримаємо:

Використовуючи отриману нерівність, знайдемо співвідношення між величиною опору навантаження детектората та вхідним опором підсилювача низької частоти (ПНЧ).

Помноживши ліву і праву частини нерівності на , отримаємо:

Перенісши в праву частину нерівності доданок з R_н, отримаємо:

За умови cosθ=1 нерівність можна записати наступним чином:

Для простоти розрахунків вватимемо, що величина , тоді

Якщо ж величина , то співвідношення між опором навантаження та вхідним опором тракту ПНЧ

Розглянемо найбільш важкий у плані практичної реалізації перший випадок, коли . Виконати дану нерівність можна, якщо застосувати такі заходи:

 у перших каскадах ПНЧ використати польові транзистори, у випадку ж використання біполярних транзисторів необхідно перший каскад ввімкнути за схемою із загальним колектором (емітерний повторювач);

 використати схему амплітудного детектора з роздільним навантаженням (Рис. 2.19.)

Рис 2.19. Схема амплітудного детектора з роздільним навантаженням R₁, R ₂

При використанні наведеної схеми опір навантаження детектора , отже, постійна часу RC-ланки детектора . Водночас детектований сигнал подається на вхід ПНЧ з резистора R₂, що забезпечує можливість виконання отриманого співвідношення між величиною опору навантаження детектора та вхідним опором ПНЧ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: