Меню

Амплитудный детектор с удвоением напряжения

Техника радиоприёма

Чувствительный амплитудный детектор

Способ детектирования, примененный в описанных выше приемниках (см. Схема на трех транзисторах и Карманный приемник), хорошо себя зарекомендовал и навел на мысль о разработке более чувствительного амплитудного детектора для других конструкций. Известно, что диодные и транзисторные амплитудные детекторы, используемые в радиовещательных приемниках AM сигналов, обладают невысокой чувствительностью. Их коэффициент передачи быстро уменьшается при уровнях сигнала ниже 100 мВ. Связано это с квадратичностью характеристики при малых сигналах: амплитуда продетектированного сигнала пропорциональна квадрату амплитуды входного сигнала РЧ.

Гораздо большую чувствительность и больший динамический диапазон имеют активные детекторы, собранные на операционных усилителях (ОУ). Они получили некоторое распространение в измерительной технике, но так и не стали применяться в радиоприемниках, вероятно, из-за сложности, дороговизны и ограниченного частотного диапазона. Используя высокочастотный транзистор и диоды, удалось разработать амплитудный детектор с высокой чувствительностью, содержащий минимум деталей.

Схема чувствительного АМ детектора

Схема детектора показана на рис. 4.17. Он представляет собой обычный резистивный усилительный каскад, в котором в цепи смещения базы транзистора VT1 вместо резистора установлен кремниевый диод VD1. Цепочка R2C2 фильтрует сигнал ЗЧ на выходе детектора от радиочастотных пульсаций. В отсутствие сигнала напряжение на коллекторе транзистора автоматически устанавливается около 1-1,1 В: оно равно сумме напряжений открывания диода и перехода база — эмиттер транзистора. Ток транзистора определяется напряжением питания и сопротивлением резистора нагрузки R1, Io = (Uп — 1,1 В) / R1. При номинале резистора, указанном на схеме, и напряжении питания 3 В ток составляет около 0,5 мА, но его можно сделать и значительно меньше, увеличив сопротивление резистора.

Ток базы транзистора составляет не более нескольких микроампер, он протекает через диод в прямом направлении, устанавливая его на пороге открывания, на участке с максимальной кривизной вольтамперной характеристики, что и требуется для хорошего детектирования. Динамическое сопротивление диода составляет в этой точке десятки килоом — оно незначительно снижает усиление транзисторного каскада.

При поступлении на вход детектора AM сигнала положительные полуволны, выделяющиеся на нагрузке R1, выпрямляются диодом и увеличивают потенциал базы, открывая транзистор. Емкость разделительного конденсатора С1 должна быть значительно больше емкости обычных разделительных конденсаторов радиочастотных каскадов, чтобы он не успевал разряжаться током базы за период колебаний. Коллекторный ток открывающегося транзистора возрастает, а его коллекторное напряжение уменьшается. Максимумы положительных полуволн коллекторного напряжения оказываются как бы «привязанными» к уровню +1 В, в то время как огибающая отрицательных полуволн промодулирована удвоенной амплитудой напряжения ЗЧ. Осциллограмма коллекторного напряжения точно такая же, как на рис. 4.11.

Отфильтрованное цепочкой R2C2 среднее напряжение, соответствующее закону модуляции, поступает на выход. Его максимальный размах составляет 0,5 В, далее наступает ограничение. Параметры детектора таковы: при входном сигнале 3 мВ с глубиной модуляции 80% выходное напряжение ЗЧ составляет 180 мВ. Искажения огибающей визуально почти незаметны, к тому же они резко уменьшаются с понижением глубины модуляции. Входное сопротивление детектора невелико и составляет сотни ом, поэтому сигнал на него лучше подавать от эмиттерного (истокового) повторителя, но можно и от обычного апериодического каскада с резистором нагрузки не более 1-2 кОм. Выходное сопротивление детектора определяется суммарным сопротивлением резисторов R1 и R2, поэтому желательно, чтобы входное сопротивление УЗЧ, подключенного к выходу детектора, составляло не менее 20 кОм.

Вариант детектора с двумя диодами

Коэффициент передачи детектора и его выходное напряжение ЗЧ можно повысить вдвое, установив еще один диод, как показано на рис. 4.18. Резистор нагрузки детектора R2 присоединен к проводу питания, обеспечивая небольшой начальный ток через дополнительный диод VD2, чтобы вывести его на участок с максимальной кривизной характеристики. Этот диод выпрямляет отрицательные полуволны коллекторного напряжения, и потенциал верхней по схеме обкладки фильтрующего конденсатора С2 повторяет их огибающую.

Читайте также:  Тип огнетушителя используемый при тушении электрооборудования под напряжением

Этот детектор вносит несколько большие нелинейные искажения, но развивает то же напряжение ЗЧ (180 мВ) при входном сигнале 1,5 мВ, а начинает детектировать при входных сигналах в сотни микровольт. Для сравнения была измерена чувствительность апериодического УРЧ (на том же транзисторе с тем же сопротивлением нагрузки 3,9 кОм), нагруженного на диодный детектор по схеме удвоения напряжения — она получилась втрое хуже, хотя схема получается сложнее и содержит больше элементов.

Постоянную составляющую продетектированного сигнала можно использовать в системе автоматической регулировки усиления (АРУ), учитывая, что в детекторе по схеме рис. 4.17 она изменяется по мере увеличения уровня сигнала от 1,1 до 0,55 В, а в детекторе по схеме на рис. 4.18 — от 1,65 до 0,55 В. Это позволяет управлять смещением кремниевых транзисторов УРЧ или УПЧ непосредственно с выхода детектора. При отсутствии сигнала смещение максимально, а при наличии сигнала уменьшается, снижая усиление каскадов. Дополнительная польза такого решения в том, что напряжение смещения будет мало зависеть от напряжения питания, поскольку детектор выступит в роли его стабилизатора.

Максимальная частота сигнала для обоих детекторов составляет около 3 МГц, поэтому их можно использовать в ДСВ приемниках прямого усиления и в супергетеродинах со стандартным значением ПЧ 450-470 кГц. Представляется интересным объединить этот детектор с описанным ранее истоковым повторителем для магнитной антенны, схема которого дана на рис. 4.6. Должен получиться довольно чувствительный приемник без усилителей напряжения РЧ.

Источник



Амплитудный детектор с удвоением напряжения

В большинстве простых AM приемников функции демодулятора выполняет обычный диодный детектор, создающий значительные нелинейные искажения, быстро растущие при увеличении глубины модуляции (m), и достигающие 10% при m = 0,5 и 25 % при m = 1). Поэтому говорить о сколь-нибудь приемлемом качестве звучания (особенно на пиках сигнала) просто несерьезно. Это кстати, одна из причин почему в AM передатчиках вынужденно ограничивают глубину модуляции.

Существенно более линейны активные детекторы: на эмиттером повторителе, на операционном усилителе, синхронные детекторы, однако они достаточно сложны и мало пригодны для доработки имеющихся радиовещательных приемников.

Ниже предлагается описание очень простого транзисторного детектора, позволяющего снизить вносимые при детектировании сигнала искажения в несколько раз.

Элементы С1, L1 и L2 (выходной контур усилителя промежуточной частоты приемника) и R2СЗ (нагрузка детектора ) уже имеются в обычном диодном детекторе. И для реализации приведенной схемы необходимо (удалив старый диод) добавить всего три элемента VT1, R1, C2 — проще вроде бы некуда.

Как же работает эта схема? Функции детектора элемента выполняет транзистор VT1. По промежуточной частоте его база соединена с коллектором через конденсатор С2. Иными словами, по этой частоте описываемый детектор полностью эквивалентен диодному: промежуточная частота «видит» перед собой транзистор в диодном включении с замкнутым (по высокой частоте) переходом коллектор-база. Постоянная составляющая тока детектора обеспечивает работу транзистора VT1 в активном режиме на низкой частоте. То есть по НЧ это уже усилительный каскад (как это ни странно звучит).

Причем каскад охвачен 100% отрицательной обратной связью. Напряжение обратной связи снимается с коллектора транзистора VТ1 и через конденсатор С2 подается на его базу. Отрицательная обратная связь и обеспечивает значительное снижение искажений.

Читайте также:  Защита минимального напряжения электроустановок

Как же физически происходит это снижение? Очевидно, что, для того, чтобы открыть переход база-эмиттер транзистора надо, чтобы мгновенное напряжение превысило бы порог 0,7 В (для кремниевых транзисторов).

Рассмотрим отдельно напряжения на эмиттере и базе VT1 как сумму Uпч, Uнч и постоянной составляющей. На эмиттере присутствует только Uпч, а на базе сумма Uнч и постоянной составляющей (по промежуточной частоте база заблокирована на корпус через C2 и C3).

Фокус состоит в том, что на отрицательным полупериодах НЧ сигнала (то есть при минимальном значении амплитуды промежуточной частоты) выходное НЧ напряжение (отрицательное), подаваясь на базу VT1 снижает порог открывания VT1.

В таком состоянии чтобы VT1 открылся на его эмиттере достаточно уже не 0,7 В, а в несколько раз меньше. Иными словами напряжение открывания диода база-эмиттер VT1 не стоит неподвижно на 0,7 В (как у простого диода), а адаптивно меняется в соответствии с низкочастотной огибающей.

К чему это приводит показано на рисунках 2 и 3, где приведены экспериментальные зависимости коэффициентов гармоник (Кг) выходного НЧ сигнала от глубины модуляции (m) для предлагаемого детектора (кривые 2) и обычного диодного детектора (кривые 1), полученного при исключении из схемы элементов R1С2 и соединении базы и коллектора транзистора VT1.

Зависимости, приведенные на рисунке 2,получены при использовании германиевого транзистора и амплитуде несущей на эмиттере VT1 равной 0,6 В, а на рисунке 3 — при использовании кремниевого транзистора и амплитуде несущей 1 В. Из приведенных графиков видно, что применение такого детектора позволяет снизить коэффициент гармоник более чем втрое, причем при глубине модуляции менее 0,5 коэффициент гармоник снижается впятеро и не превышает 2 %.

Предельная простота данного устройства позволяет использовать его для доработки готовых радиоприемных трактов. Для этого достаточно вместо детекторного диода установить элементы VT1, R1, С2.

А в случае, если исходный диодный детектор был с удвоением напряжения, то применяется схема рис.5 (Уточкин Г.В., Гончаренко И.В. Амплитудный детектор. Авт. св. СССР №1672552., опубл. 23.08.91. Бюл. №31).

Источник

Амплитудные детекторы

Детекторы служат для выделения сигнала модулирующей частоты из принятого радиочастотного модулированного колебания.

Амплитудным детектором называется устройство, в котором осуществляется преобразование высокочастотного амплитудно-модулированного колебания в низкочастотное колебание, соответствующее закону изменения амплитуды ВЧ колебания.

Из определения следует, что на вход детектора подается колебание, содержащее только высокочастотные составляющие. На выходе детектора выделяется напряжение низкой частоты. Таким образом, при детектировании происходит трансформация спектра. Поэтому амплитудное детектирование может осуществляться как в нелинейных, так и в линейных цепях с периодически изменяющимися параметрами. На практике преимущественно используются нелинейные амплитудные детекторы. Амплитудные детекторы, построенные на линейных элементах с переменными параметрами, называются синхронными детекторами; они применяются значительно реже.

Нелинейный амплитудный детектор является типичным нелинейным устройством и состоит из нелинейного элемента и фильтра. В качестве нелинейного элемента могут быть использованы диод, триод, пентод или транзисторы, а в качестве фильтра — параллельная цепочка RC (рис. 3.а). В простейшем случае (тональная модуляция) спектры и временные диаграммы на входе и выходе АМ-детектора имеют вид, показанный на рис. 3.б.

Анализ работы амплитудного детектора начнем с определения его основных характеристик.

Рис. 3.

Первой основной характеристикой амплитудного детектора является его детекторная характеристика—доказывающая, как изменяется выходной ток детектора при изменении амплитуды входного высокочастотного напряжения.

Читайте также:  Схема реле контроля постоянного напряжения

Учитывая, что в реальных радиоэлектронных устройствах частота модулирующего напряжения значительно меньше модулируемого (F ≤ fo), изменение амплитуды входного высокочастотного напряжения детектора можно рассматривать как очень медленное, в пределе полагая, что амплитуда высокочастотного сигнала постоянна (Uвх = Uo cosωоt). Тогда результатом детектирования будет постоянная составляющая выходного тока детектора I. Однако в общем случае на выходе детектора будет некоторый постоянный ток Iо и при отсутствии входного сигнала. Поэтому полезным результатом детектирования будет ток:

DI =I – I

а детекторной характеристикой будет зависимость

DI =f (U) (13)

Типичная детекторная характеристика представлена на рис. 4.а.

По детекторной характеристике легко оценить качество детектирования. Рабочим участком детекторной характеристики, естественно, является линейный участок, где изменение выходного тока детектора в точности соответствует изменению амплитуды входного ВЧ напряжения (огибающей). Чем больше линейный участок детекторной характеристики, тем большие изменения М возможны, т. е. тем лучше схема детектора.

Второй основной характеристикой амплитудного детектора является его коэффициент передачи — характеристика, аналогичная коэффициенту усиления усилителя.

Правда, в детекторе происходит трансформация спектра и, конечно, полной аналогии провести нельзя. Но, если учесть, что высокочастотное модулированное колебание создается для передачи низкочастотного сообщения и что это сообщение содержится в форме огибающей высокочастотного сигнала, коэффициент передачи амплитудного детектора можно определить в виде отношения амплитуды низкочастотного колебания на выходе детектора к амплитуде огибающей высокочастотного напряжения на его входе:

Рис.4.

Третьей основной характеристикой детектора является его входное сопротивление ZBX, определяющее влияние детектора на предыдущее устройство.

Обычно напряжение поступает на амплитудный детектор с параллельного колебательного контура, настроенного на несущую частоту ωо. Желательно, чтобы подключение детектора мало меняло параметры этого контура.

Влияние детектора на контур можно определить (так же, как и для входного сопротивления усилительного каскада) величиной входного тока детектора. Однако необходимо учитывать не полный входной ток детектора, а только ту его частотную составляющую, которая создает падение напряжения на контуре.

Так как детектор обязательно содержит нелинейный элемент, его входной ток i можно выразить следующим образом:

Учитывая избирательные свойства контура, входное сопротивление детектора может быть определено как

В большинстве случаев реактивное сопротивление носит емкостный характер, причем входная емкость обычно невелика, и ее влияние можно учесть при начальной регулировке контура. Поэтому влияние схемы амплитудного детектора на предыдущее устройство сводится к учету входного сопротивления детектора:

Четвертой основной характеристикой амплитудного детектора является его частотная характеристика — зависимость коэффициента передачи детектора от частоты модулирующего напряжения: Kd= ψ(F) (рис. 4.б).

Наконец, пятой основной характеристикой амплитудного детектора является величина нелинейных искажений.

Как неоднократно отмечалось, детектор является нелинейным устройством. Поэтому при детектировании сложного амплитудно-модулированного сигнала на его выходе наряду с частотой F появляются гармонические составляющие с частотой 2F, 3F и т. д. Такие искажения, как известно, называются нелинейными, а их величина оценивается коэффициентом нелинейных искажений:

k1 = . (15)

В зависимости от типа применяемого нелинейного элемента и места включения нагрузки различают следующие схемы амплитудных детекторов: диодные (на вакуумных и полупроводниковых диодах); сеточные, анодные и катодные (на триодах и пентодах); базовые, коллекторные и эмиттерные (на транзисторах). Выбор той или иной схемы детектора связан с требованиями конкретной задачи и свойствами каждой из перечисленных схем.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник