Детектирование АМ сигналов в нелинейных цепях. Детекторная характеристика. Линейный детектор АМ сигналов. Квадратичный детектор АМ сигналов. Схема, принцип работы

Операция амплитудного детектирования прямо противоположна амплитудной модуляции. Имея на входе идеального детектора АМ- колебание u_вх(t)=U_mвх(1+МcosWt)coswt, следует получить на выходе низкочастотный сигнал u_вых(t)=U_mвыхcosWt, пропорциональный передаваемому сообщению.

Детектирование считается неискаженным, если напряжение на выходе детектора повторяет закон изменения амплитуды модулируемого высокочастотного колебания.

Поскольку в спектре модулируемого колебания содержатся только ВЧ компоненты (несущая и боковые частоты), а результатом детектирования является получение НЧ колебаний, линейные цепи для детектирования не пригодны. В большинстве случаев детекторы являются устройствами нелинейными, реже параметрическими.

Назначение ФНЧ в схеме детектора: предотвращение прохождения на выход детектора ВЧ составляющих, а также выделение постоянной составляющей тока I^`₀, которая изменяется с низкой частотой.

Детекторной характеристикой амплитудного детектора называют зависимость постоянной составляющей напряжения U₌ (или тока I₌) на выходе детектора от информационного параметра (амплитуды) несущей, подводимой к нему. Для обеспечения детектирования без искажений детекторная характеристика должна быть линейной.

Рассмотрим принцип работы амплитудного диодного детектора.

Пусть на входе АД действует гармонический АМ сигнал:

u_вх(t)=U_mвх(1+МcosWt)coswt

В зависимости от амплитуды входного АМ сигнала амплитудный детектор может работать в двух режимах в режиме линейного детектирования (режим «сильных» сигналов)и в режиме квадратичного детектирования (режим «слабых» сигналов).

Диодный детектор является линейным в случае достаточно больших амплитуд входного сигнала (U_mвх ≥ 0,5÷1В), когда пригодна кусочно-линейная аппроксимация вольт-амперной характеристики диода. В этом случае АД обладает линейной характеристикой детектирования. , и детектирование в нем происходит без искажения. При этом линейный детектор является устройством нелинейным, работающим с отсечкой тока.

Для определения угла отсечки запишем равенство:

Угол отсечки составляет

На выходе детектора получаем гармонический АМ сигнал:

Спектр выходного напряжения на выходе линейного детектора приведена на рис 4.7

Диодный детектор является квадратичным в случае малых амплитуд входного сигнала (U_mвх ≤ 0,2÷0,3В), когда характеристика диода аппроксимируется полиномом второй степени i=a₀+a₁u+a₂u². В этом случае АД обладает квадратичной характеристикой детектирования, и I_d=a₂/2U²_mвх детектирование в нем происходит c искажениями.

Из-за нелинейности характеристики детектирования изменение амплитуды входного сигнала вызывает непропорциональные изменения постоянной составляющей тока детектора, поэтому НЧ колебания на выходе детектора искажаются по сравнению с огибающей АМ колебания.

При работе амплитудного диодного детектора в квадратичном режиме процесс детектирования АМ сигнала происходит с искажениями и поэтому спектр выходного напряжения детектора содержит постоянную, низкочастотную и и её вторую гармонику. Спектр выходного напряжения на выходе квадратичного детектора приведена на рис.4.8

.

Искажение при квадратичном детектировании можно характеризовать коэффициентом гармоник К_г=I_2Ω/ I_Ω=m/4.