И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах
Рис. 11.9. Формы колебаний при диодном детектировании:
а — амплитудно-модулированное на входе; б — после одпополупериодного выпрямителя; в — на нагрузке; г — выходное колебание без постоянной составляющей
Пояснения требует определение диодного детектора как линейного. Название происходит от динамической характеристики диода, представленной на рис. 11.10[25].
Рис 11.10. Динамическая характеристика линейного детектора
Эта характеристика является отрезком прямой линии, поэтому выпрямленное детектором напряжение линейно зависит от напряжения, подвергаемого процессу детектирования. Линейная зависимость обоих напряжений имеет место только при больших амплитудах, примерно более полувольта.
При малых амплитудах детектор ведет себя, как описанный выше нелинейный детектор. Следует добавить, что линейный диодный детектор во всем остальном остается нелинейным устройством, поскольку начальная рабочая точка схемы находится в месте излома динамической характеристики диода. Именно эта нелинейность в начале системы координат (при отрицательных управляющих напряжениях ток через диод не протекает) и является фактором, способствующим детектированию.
Какие критерии выбора постоянной составляющей RС-цепи в диодном детекторе?
Резистор R и конденсатор С в детекторе образуют двухполюсник, характеризующийся определенной постоянной времени RC, зависящей от нескольких факторов. Прежде всего, с точки зрения обеспечения высокого КПД детектирования, определяемого отношением выпрямленного напряжения к амплитуде сигнала высокой частоты, сопротивление резистора R должно быть как можно больше.
По этой же причине как можно больше должна быть емкость конденсатора С (падение напряжения высокой частоты на емкостном сопротивлении будет малым). Однако, с другой стороны, излишне большая емкость конденсатора С приводит к тому, что изменения выпрямленного напряжения не успевают за изменениями модулирующего сигнала, что является источником искажений. В связи с этим принимаются компромиссные значения этих элементов в соответствии с соотношением
где ω — несущая частота; Ω — наивысшая модулирующая частота.
В детекторе радиовещательного сигнала сопротивление резистора R обычно лежит в пределах 0,5–1 МОм, а емкость конденсатора С составляет около 100 пФ, тогда как в широкополосном телевизионном детекторе сопротивление R около 2–4 кОм при шунтирующей емкости около 10 пФ. Очевидно, что во втором случае КПД детектирования меньше.
Может ли полевой транзистор работать как амплитудный детектор?
Да. Полевой транзистор в схеме па рис. 11.11, а работает в качестве амплитудного детектора, если сопротивление резистора Ru около 100 кОм и даже 1 МОм. Столь высокое сопротивление приводит к тому, что рабочая точка лежит достаточно близко к точке отсечки тока стока. Если на затвор транзистора подать амплитудно-модулированный сигнал, то ток стока будет протекать в виде импульсов, амплитуда которых определяется огибающей модуляции (рис. 11.11, б). Средний ток стока будет изменяться в соответствии с изменением модулирующего сигнала.
При больших амплитудах модулированного ВЧ сигнала условия работы детектора приближаются к условиям работы линейного диодного детектора. Дополнительным преимуществом является усиление демодулированного сигнала.
Детектор на полевом транзисторе является эквивалентом лампового детектора, работающего в схеме сеточного детектирования, принцип которого идентичен принципу описанного выше детектора.
Рис. 11.11. Схема (а) и формы колебаний (б) в амплитудном детекторе на полевом транзисторе
Как работает сеточный детектор
Схема сеточного детектора представлена на рис. 11.12. В детекторе этого типа выпрямление происходит в цепи сетки, причем сетка и катод действуют в качестве диодного детектора, сопротивлением нагрузки которого является цепочка RсCс. Постоянная времени подобрана таким образом, что напряжение смещения лампы, возникающее в результате протекания тока сетки, изменяется в соответствии с изменением огибающей модуляции.
Полученное в результате детектирования напряжение с частотой модулирующего сигнала усиливается в анодной цепи лампы, поэтому сеточное детектирование характеризуется высокой чувствительностью.
Рис. 11.12. Схема сеточного детектора RсCс
Каковы основные черты частотной модуляции?
При частотной модуляции модулирующий сигнал не изменяет амплитуды несущего колебания, а вызывает лишь изменение его мгновенной частоты (рис. 11.13). Мгновенное значение несущей частоты зависит от амплитуды модулирующего сигнала, тогда как скорость, с которой происходят изменения несущей частоты, определяется частотой модулирующего сигнала. Предположим, что несущая частота составляет 50 МГц, а амплитуда синусоидального модулирующего сигнала равна 1 В. Допустим далее, что под влиянием положительного модулирующего напряжения частота возрастает максимально до 50,1 МГц, а под влиянием максимального отрицательного — убывает до 49,9 МГц.
В каждом периоде модулирующего сигнала мгновенное значение частоты изменяется в пределах 49,9—50,1 МГц такое количество раз в секунду, какова частота модулирующего колебания. Если бы амплитуда модулирующего напряжения составляла 2 В, частота несущего колебания изменялась бы в пределах 49,8—50,2 МГц.
Рис. 11.13. Формы колебаний при частотной модуляции:
а — модулирующее; б — частотно-модулированное
Приведенный пример является иллюстрацией общего принципа частотной модуляции, из которого следует, что амплитуда модулирующего напряжения определяет отклонение несущей частоты в одном направлении, или девиацию частоты, Δω. Из этого принципа также следует, что девиация частоты Δω содержит информацию об амплитуде или уровне модулирующего сигнала. Характерным для частотной модуляции понятием является индекс модуляции, определяемый как отношение девиации Δω к модулирующей частоте Ω:
МЧ = Δω/Ω
Индекс модуляции принимает разные значения. Принятый стандарт частотной модуляции характеризуется индексом модуляции, определяемым отношением максимально допустимой девиации Δωmах к максимальной модулирующей частоте,
МЧmax = Δωmax/Ωmax
Например, в принятом в ПНР телевизионном стандарте максимальная девиация несущей частоты звукового сопровождения составляет 50, а максимальная по модулирующей частоте 15 кГц. Отсюда МЧmax = 50/15 = 3,33.
Каков спектр у частотно-модулированного сигнала?
Спектр частотно-модулированного сигнала принципиально отличен от спектра амплитудно-модулированного сигнала. Он также имеет линейный характер, однако число линий значительно больше.
При амплитудной модуляции наблюдались только две боковые частоты, отстоящие от несущей и а значение модулирующей частоты.
Из математического анализа частотно-модулированного сигнала следует, что при частотной модуляции возникают пары боковых частот. Существуют верхняя и нижняя боковая частоты, соответствующие частоте модулирующего сигнала, и пары боковых частот, соответствующие второй, третьей и последующим гармоникам сигнала. Имеется также составляющая несущей частоты. Распределение амплитуд отдельных спектральных линий зависит от индекса модуляции МЧ, а их число теоретически бесконечно велико. На практике спектральные линии высших порядков (соответствующие высшим гармоникам модулирующего сигнала) не принимаются во внимание, поскольку их амплитуды очень малы. Для примера на рис. 11.14 представлен спектр сигнала, промодулированного по частоте низкочастотным сигналом 7,5 с девиацией 75 кГц (МЧ = 10).
Для практических целей ширину спектра при частотной модуляции рассчитывают по формуле
2Δω = В = 2Δωmax + 2Ωmax + 2√(Ωmax·Δωmax)
