• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Демодуляція і схеми детекторів

За визначенням демодуляція (детектування) сигналу — це процес, зворотний його модуляції. Згідно з п. 6.1 детектування може відбуватися як у параметричних (синхронне детектування), так і в нелінійних системах. Останній вид детектування більш поширений.

Детектування амплітудно-модульованих сигналів можна розглядати як нелінійне перетворення за участю коливань носійної частоти ω₀ й однієї з бічних (со₀ -П) частот (рис. 6.7, а). Такий його розгляд одночасно пояснює наявність приймання сигналу з одно-смуговою модуляцією.

Якщо у виразі (6.7) покласти ω₁ = ω₀ та ω₂ = ω₀ - Ω, де Ω — частота керувального гармонічного сигналу, то за допомогою ФНЧ, верхня гранична частота якого задовольняє умову

(6.15)

на виході (рис. 6.7, б) можна виділити струм

(6.16)

де т — коефіцієнт АМ.

Залежно від підсилення у попередніх каскадах на вході детектора можуть бути сигнали малого рівня (U_m1 <0,3 В), що лежать у межах квадратичної ділянки його ВАХ, або сигнали великого рівня з відсіканням струму.

Рис. 6.7. Діаграми спектрів сигналів на вході (а) і виході (б) амплітудного детектора

У першому випадку низькочастотна складова струму детектора (6.16) пропорційна квадрату амплітуди модульованого сигналу і детектування називається квадратичним. Однак у цьому випадку в спектрі струму продедектованого сигналу, крім складової Ω, міститься ще й додаткова складова з подвійною частотою 2Ω, яка створює нелінійні спотворення керувального сигналу. Ця складова є наслідком перемноження бічних частот високочастотного коливання і може зумовити нелінійні спотворення до 25 % амплітуди сигналу. При квадратичному детектуванні неперервного радіосигналу, здобутого модуляцією спектром частот (музика, мова), до сигналу частотою 2Ω додаються завади від додаткових комбінаційних частот, що робить майже неможливим застосування квадратичного детектування для радіомовлення.

Рис. 6.8. Спрощені принципові схеми діод них послідовного (а) і паралельного (б)

амплітудних детекторів

Корисний ефект детектування залежить від положення РТ напівпровідникового приладу і досягає автоматично максимуму при деякому значенні постійної складової струму I_{0 опт}, яка визначається з детекторної характеристики і майже не залежить від навантаження детектора. Максимальне значення коефіцієнта передачі квадратичного детектора буде в такій точці І_0от, відносно якої ВАХ напівпровідникового приладу має найбільшу асиметрію.

Рис. 6.9. Принципова схема амплітудного детектора на транзисторі з підсиленням сигналу

При лінійному детектуванні ВАХ напівпровідникового приладу апроксимується ламаною лінією, а модульована напруга на вході має кут відсікання . Внаслідок цього в спектрі імпульсів струму постійна складова (а з нею і напруга на навантаженні) змінюються за законом обвідної, тобто за законом керувального сигналу. В цьому разі зміна напруги на навантаженні прямо пропорційна зміні амплітуди напруги на вході детектора, кут відсікання струму не залежить від амплітуди сигналу, а залежить лише від навантаження R_н і крутості характеристики S напівпровідникового приладу.

По суті, лінійне детектування — це одно-півперіодне випрямляння модульованого сигналу, внаслідок якого дістають керувальний сигнал, оскільки амплітуда напруги на вході детектора змінюється за законом зміни керувального сигналу.

У схемах амплітудних детекторів використовують діоди та транзистори. Є схеми діодних послідовного і паралельного амплітудних детекторів (рис. 6.8). У детекторах на транзисторах використовують нелінійну залежність струмів на вході й виході транзистора від вхідної напруги. Детектор будують на основі аперіодичного підсилювача, який працює в нелінійному режимі класу В з ФНЧ на виході. В такому детекторі одночасно відбуваються детектування та підсилення сигналу (рис. 6.9), що збільшує коефіцієнт передачі детектора.

Якість детектування визначається детекторною характеристикою, коефіцієнтом передачі, вхідним опором детектора і коефіцієнтом нелінійних спотворень сигналу.

Детекторна характеристика амплітудного детектора — це залежність приросту постійної складової випрямленого струму ΔI₀ (або приросту напруги на навантаженні детектора ΔU_Н) від амплітуди високочастотного не модульованого сигналу .

¶Коефіцієнт передачі детектора визначається як відношення амплітуди вихідної напруги детектора U_mΩ до максимальної зміни амплітуди вхідного модульованого сигналу т :

(6.17)

де

(6.18)

— еквівалентний опір навантаження детектора для низькочастотного сигналу;

(6.19)

— кут відсікання високочастотного струму при лінійному детектуванні;R_і — внутрішній опір діода; R_звор — опір діода зворотному струму; R_ф —опір фільтра детектора; R_вхПЗЧ — вхідний опір ПЗЧ.

Вхідні опори послідовного і паралельного детекторів

(6.20)

де R^* — опір струмові продетектованого сигналу з урахуванням опору фільтра.

Вхідний опір детектора шунтує коливальний контур попереднього резонансного підсилювача. Тому детектор приєднують до контуру за схемою неповного вмикання. Цього вимагає також необхідність збільшувати опір R_ф, що призводить до збільшення нелінійних спотворень при великих значеннях коефіцієнта модуляції внаслідок зростання сталої часу

Якщо забезпечити виконання нерівності

(6.21)

то детектування буде здійснюватися з мінімальними нелінійними спотвореннями сигналу.

Ємність роздільного конденсатора С_p визначається, виходячи з умови

(6.22)

за якої відсутні амплітудно-частотні спотворення сигналу.

У середній школі вивчається амплітудний детектор, побудований за схемою на рис. 6.8, а при лінійному детектуванні сигналу. Слід мати на увазі, що ця схема без попереднього підсилення сигналу при використанні як детектора кремнієвого діода VD взагалі не роботоздатна, оскільки ВАХ діода починається з напруги 0,3...0,4 В. При застосуванні ж германієвого діода вона хоч і обмежено роботоздатна (напруга відсікання струму становить 0,15.. .0,2 В), але безпосереднє приєднання її до вхідного коливального контуру досить сильно шунтує останній, знижуючи як коефіцієнт передачі, так і вибірні властивості контуру. Тому у фізичному практикумі та демонстраційному експерименті, складаючи детекторний приймач, слід використовувати підсилювач сигналу або подати на діод напругу зміщення порядку 0,2...0,3 В.

Детектування сигналів з частотною (фазовою) модуляцією складається з двох етапів: перетворення частотно-модульованого сигналу на амплітудно-модульований і наступного його детектування. Це необхідно тому, що нелінійні елементи реагують на зміну лише амплітуди й не реагують на зміну кутових параметрів сигналу.

Рис. 6.10. Перетворення частотно-модульованого сигналу на амплітудно-модульований

Найпростішим способом перетворення частотно-модульованого сигналу на амплітудно-модульований є використання розстроєного відносно носійної частоти коливального контуру (рис. 6.10). При цьому використовується похила лінійна ділянка його АЧХ при невеликій добротності контуру. Крім того, для такого перетворення можна скористатися здатністю польових транзисторів лінійно змінювати провідність каналу при малих амплітудах сигналу між стоком і витоком, а також перетворенням частотно-модульованого сигналу на сигнал із часово-імпульсною модуляцією і подальшим обробленням сигналу. В усіх випадках з метою усунення паразитної АМ перед детектуванням застосовують амплітудні обмежувачі сигналу.

Можливості розстроєного відносно носійної частоти коливального контуру досить обмежені; тому на практиці використовують складніші схеми частотного дискримінатора та дробового детектора, побудовані на парах коливальних контурів.

Частотний дискримінатор (рис. 6.11, а) складається з фазозсувного трансформатора і двох амплітудних детекторів. Фазозсувний трансформатор — це два індуктивно зв'язані коливальні контури, настроєні на носійну частоту сигналу, що є навантаженням обмежувача амплітуди, побудованого на транзисторі VТ, який усуває паразитну АМ сигналу. Крім індуктивного зв'язку між контурами, в схемі є ємнісний зв'язок через конденсатор С6, за допомогою якого напруга U₁ із першого контуру передається в кола діодних детекторів через середню точку котушки L2 другого контуру і дросель L3 так, що вона векторно додається до напруг та на половинах котушки L2, які мають протилежні полярності.

Конденсатори С1 і С2 згладжують пульсації носійної (проміжної) частоти, а дросель L5 для постійних складових струмів діодів VD1 та VD2 утворює замкнене коло.

Розглянемо роботу детектора на частоті сигналу ω_с, яка дорівнює власній частоті контурів ω₀. Вектор напруги U₁, що діє в контурі С4L1, умовно показано на рис. 6.11, б в нульовій фазі. Струм I₁, який зумовлює ця напруга в котушці L1, відстає від вектора напруги на 90°, а утворений ним магнітний потік Ф₁, збігається за фазою із струмом. Наведена цим потоком електрорушійна сила Е₂ у вторинному контурі випереджає його на 90°, тобто збігається за фазою з напругою U₁.

Оскільки частота сигналу і власна частота контуру однакові, електрорушійна сила Е₂ утворює у вторинній котушці струм, який збігається з нею за фазою, а проходження цього струму по котушці L2 створює на ній спад напруги U₂, що випереджає струм І₂ на 90°. Таким чином, напруги, що діють на діодах VDІ та VD2, є векторними сумами двох напруг:

(6.23)

З векторної діаграми на рис. 6.11. б випливає, що при ω_с = ω₀ маємо і відповідно однакові струми та напруги в навантажувальних резисторах R1, R2. А оскільки ці напруги перебувають відносно спільної точки резисторів у протифазні, повна вихідна напруга дорівнює нулю:

. (6.24)

Рис. 6.11. Принципова схема частотного дискримінатора (а) і діаграми (б – г), що ілюструють

принцип дії

Коли ж частота сигналу ω_с менша за власну частоту контуру ω₀, струм випереджає електрорушійну силу Е₂ на кут

(6.25)

тому що опір контуру для сигналу частотою ω_с < ω₀ має ємнісний характер. Напруга ж , в свою чергу, випереджає струм на 90°. Внаслідок цього вектор теж повертається на кут ф і напруга буде більшою за напругу , тому й U_R2>U_R1, тобто згідно з (6.24) U_вих <0 (рис.6.11, в).

Аналогічно можна довести, що за умови ω_с > ω₀ матимемо U_вих > 0.

З цих міркувань будується детекторна характеристика U_вих = частотного дискримінатора (рис. 6.11, г).

Дробовий частотний детектор (рис. 6.12) відрізняється від частотного дискримінатора зустрічним умиканням діодів VD1, VD2 і способом умикання навантаження.

Рис. 6.12. Фрагмент принципової схеми дробового частотного детектора

Напруга першого контуру передасться в детекторні кола за допомогою котушки зв'язку L3. Продетектовані сигнали напругами U_С7 та U_С8 утворюються на конденсаторах С7 і С8, які є навантаженнями. При зміні частоти сигналу змінюється співвідношення цих напруг. Вихідна напруга продедектованого сигналу знімається з конденсатора С8 та передається на вихід через фільтр С10R9С11. За допомогою змінного резистора R6 забезпечується симетризація роботи схеми.

Перевагою дробового частотного детектора є те, що він може працювати без обмежувача амплітуди і при менших амплітудах сигналу, ніж частотний дискримінатор, оскільки сумарна напруга на конденсаторах С7 та С8

U₀=U_с7+U_с8 (6.26)

не змінюється під дією короткочасних змін амплітуди сигналу внаслідок великої сталої часу кола R7С9R8.

Читайте також:

1. VІ. Структурно-логічні схеми
2. Алгоритми та блок-схеми
3. Блоки схеми алгоритму
4. Вибір схеми підключення абонентів залежно від режимів тиску.
5. Вибір типу обмотки і складання схеми.
6. Вибір типу обмотки і складання схеми.
7. Види і схеми відбору одиниць
8. Види недержавного пенсійного забезпечення та схеми фінансування пенсійних виплат.
9. Визначення сумарної маси еквівалентної схеми V- подібного КШМ.
10. ГЕНПЛАНИ ОЧИСНИХ СПОРУДЖЕНЬ І СХЕМИ ВИСОТНОГО РОЗТАШУВАННЯ ОЧИСНИХ СПОРУДЖЕНЬ .
11. Гібридні системи, індексні схеми
12. Головні завдання Регіональної схеми розселення на Україні.

Переглядів: 2388