Лабораторная работа

«Амплитудный детектор»

Теоретическая часть

Амплитудным детектором называется радиотехническое устройство, в котором осуществляется выделение из амплитудно-модулированного высокочастотного колебания (рис. 1а) модулированного сигнала (рис. 1в). Детектирование может осуществляться как в нелинейных, так и в линейных цепях с периодически изменяющимися параметрами. На практике используются нелинейные амплитудные детекторы.

На рис. 1б показана функциональная схема нелинейного амплитудного детектора, содержащая нелинейный элемент (НЭ) и фильтр (Ф), пропускающий модулирующие колебания.

При детектировании немодулированного высокочастотного сигнала выходное напряжение детектора должно быть постоянным. В этом случае амплитудный детектор работает как выпрямитель переменного тока.

В зависимости от величины входного сигнала различают квадратичный режим детектирования (слабый сигнал) и линейный (большой сигнал).

В качестве нелинейного элемента в амплитудном детекторе могу быть использованы: диод, триод, пентод или транзисторы.

В настоящей работе в схеме амплитудного детектора используется диод, а фильтром служит сглаживающий конденсатор. Такой детектор называют диодным. На рис. 2 приведена схема диодного детектора.

Сопротивление R – это сопротивление тех цепей или приборов, которые подключаются к выходу детектора.

Анализ работы «линейного» детектора

 

Рассмотрение работы детектора начнём со схемы, не содержащей конденсатор (см. рис. 3).

Будем считать, что напряжение Е (t) на входе меняется по гармоническому закону Е = Е sin wt, то есть сигнал не модулирован и детектор работает как выпрямитель. При большом уровне входного сигнала вольтамперную характеристику диода с достаточной точностью можно аппроксимировать ломаной прямой, проведённой на рис. 4а.

Этот случай детектирования, при котором пренебрегают нелинейностью характеристики диода на прямой ветви, называется линейным.

Диод открыт в течение периода, когда на его аноде (т. А) имеется положительный относительно катода (т. К) потенциал. В детекторах сопротивление диода R в открытом состоянии много меньше нагрузочного сопротивления, поэтому в этот отрезок времени большая часть напряжения E падает на резисторе R. Форма выпрямленного напряжения U повторяет форму входного напряжения Е(t). В течение другой половины периода диод закрыт и напряжение на выходе выпрямителя равно нулю. Из трафика (рис. 4в) видно, что выходное напряжение сильно пульсирует. Одним из основных параметров выпрямителя является коэффициент пульсаций К. Коэффициентом пульсаций называется отношение амплитуды максимальной переменной составляющей на выходе к среднему значению выпрямленного напряжения. Среднее значение напряжения (рис. 4в) или его постоянная составляющая равна

U=  = U/p = 0.318 U,

где U – амплитуда пульсаций напряжения U. Следует заметить, что, поскольку прямое напряжение на диоде очень мало, то можно считать UЕ. Выпрямленное напряжение U содержит также переменные составляющие, из которых максимальную амплитуду U имеет составляющая основной частоты переменного напряжения Е.

Используя разложение в ряд Фурье, получаем

U = 1.57 U.

Отсюда следует, что коэффициент пульсаций в схеме выпрямителя довольно высок

К =  = 157%.

Для уменьшения пульсаций напряжения применяют специальные сглаживающие фильтры. Простейшим фильтром может служить конденсатор большой ёмкости, который включается параллельно нагрузочному резистору R (см рис. ............