Исследование работы амплитудного детектора

Цель работы: 1. Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями о детектировании модулированных колебаний и с принципиальной схемой амплитудного детектора.

                     2. Проконтролировать работу диодного амплитудного детектора.

 

Краткие теоретические сведения.

Процесс получения напряжения, изменяющегося по закону модуляции, из модулированного напряжения высокой частоты называется детектированием. В зависимости от вида модуляции, используемой на передающей радиостанции, в детекторном каскаде радиоприёмника должно осуществляться соответствующее детектирование – амплитудное, частотное или фазовое.

 

Амплитудный детектор.

Амплитудные детекторы предназначены для преобразования радиосигнала, модулированного по амплитуде, в напряжение, меняющееся по закону модулирующего (управляющего) сигнала (колебания). Амплитудное детектирование осуществляется в нелинейных системах, которые состоят из полупроводникового диода и нагрузки детектора (Рис.1).

Рис. 1. Принципиальная схема амплитудного детектора.

На этом рисунке: С1, L1 – колебательный контур усилителя промежуточной частоты; L2 – катушка связи детектора с контуром УПЧ; VD1 – детектирующий диод; С2 – конденсатор фильтра нижних частот; R1 – нагрузка детектора.

 

При подаче на вход детектора модулированного высокочастотного колебания на его выходе будет действовать пульсирующее напряжение, содержащее постоянную составляющую U 0 и переменную составляющую U F полезного сигнала. Рис. 2.

Рис. 2. Временные диаграммы, поясняющие процесс детектирования амплитудно-модулированного колебания.

 

Процесс детектирования сходен с процессом выпрямления, разница лишь в том, что выпрямленное напряжение на выходе детектора должно сохранять закон изменения амплитуды входного сигнала. С этой целью параметры фильтра нижних частот выбирают таким образом, чтобы высокочастотная составляющая выходного сигнала надёжно (полностью) устранялась, а низкочастотная составляющая – не ослаблялась. Очевидно частота модулируемого (несущего) колебания должна быть во много раз выше частоты модулирующего колебания. При выполнении этого условия достаточно одного звена фильтра нижних частот.

Принципиальная электрическая схема амплитудного детектора, построенная в программе схемотехнического моделирования, приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Электрическая схема исследования амплитудного детектора.

 

Здесь детекторный каскад связан с источником амплитудно-модулированного напряжения V1 посредством трансформатора Т1. Резистор R1 является эквивалентом внутреннего сопротивления источника колебаний. Высокочастотное напряжение с вторичной обмотки трансформатора Т1 поступает на диод D1, где происходит однополупериодное выпрямление. Затем выпрямленное напряжение подвергается фильтрации с помощью двухзвенного фильтра нижних частот.

 Постоянная времени фильтра выбирается такой, чтобы устранить

 

изменения выходного сигнала с частотой несущего колебания, но в то же время, по возможности, не ослаблять напряжение модулирующего колебания низкой частоты.

В приведённой схеме применён двухзвенный RC  фильтр R3 C1 и R4 C2. Нагрузкой детектора является резистор R5, с которого выделенное детектором низкочастотное напряжение поступает на следующий каскад радиоприёмника. Необходимость применения двухзвенного фильтра объясняется небольшой разницей частот несущего (1000 Гц) и модулирующего (100 Гц) колебаний. На выходе первого звена фильтра напряжение ещё содержит небольшую по амплитуде высокочастотную составляющую. В радиовещательных приёмниках достаточно одного звена фильтра. Источник постоянного напряжения V2 необходим для компенсации порогового напряжения полупроводникового диода D1. При отсутствии этого источника в значительной степени уменьшается амплитуда выходного напряжения, и возрастают нелинейные искажения сигнала.

 

Принцип работы рассмотренной схемы (Рис. 3) амплитудного детектора поясняются временными диаграммами напряжений в различных точках её. Эти диаграммы приведены на рисунке 4.

Рис. 4. Временные диаграммы сигналов в контрольных точках схемы.

 

Предложенная вашему вниманию схема используется в лабораторной работе по изучению принципа действия диодного амплитудного детектора. В реальных схемах радиоприёмников такой источник постоянного напряжения отсутствует, т.к. там применяются германиевые детекторные диоды, обладающие незначительным пороговым напряжением. Кроме диодного детектора амплитудно-модулированных колебаний существуют и другие редко применяемые схемы.