Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 [95] 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

полупериода входного напряжения ток диода возрастает сильнее, чем он уменьшается во время отрицательного полупериода. В результате при наличии сигнала средний ток диода возрастает до величины 1а0, тогда как при отсутствии сигнала он равен Га0. Это увеличение среднего тока диода в присутствии сигнала и используется для детектирования слабых сигналов.

Изменения мгновенного тока диода под действием входного сигнала в схеме

S>

S-\--

-----е„

а 1

Рис.

7-83. Диодное детектирование слабого сигнала, диодный детектор без нагрузки, диодное выпрямление слабого сигнала.

рис. 7-83 можно представить рядом Тейлора для исходной рабочей точки О:

где «с = 77mc sin<oc/

(7-226)

мгновенная величина приложенного напряжения;

(с - мгновенный ток диода, вызванный

напряжением ис. Производные определяются в рабочей точке. Этот метод аналогичен способу определения гармоник при наличии нелинейных искажений в усилителях. Однако при диодном детектировании следует учитывать лишь те члены ряда, которые влияют на величину постоянной составляющей тока. Члены с нечетными производными не влияют на средний ток, и ими можно пренебречь Член, содержащий вторую производную, оказывает наибольшее влияние на величину среднего тока, и обычно только этот члени учитывается. Если рассматривать только член с второй производной, то средний ток диода оказывается пропорциональным квадрату амплитуды приложенного напряжения. Поэтому детектор слабых сигналов обычно называется квадратичным. Приращение среднего тока Д7а0 в квадратичном детекторе равно:

Д/- = £с, (7-227)

где вторая производная определяется в рабочей точке.

Поскольку приращение среднего тока диода зависит от скорости изменения крутизны характеристики диода в рабочей точке, т. е. отd"t \ди-а<

смещение на диоде должно быть таким, чтобы рабочая точка находилась в области наибольшей кривизны характеристики диода. Заметим, что детектор является квадратичным при условии d2tjdusa 0 и что термин «квадратичный детектор» не связан с конкретной формой вольт-амперной характеристики диода.

Если последовательно с диодом включена нагрузка, состоящая из параллельно соединенных R и С, и если ее реактивным сопротивлением на частоте входного сигнала л можно пренебречь, то ток и и напряжение имеют вид, по казанный на рис. 7-84. На пряжение смещения U„0 не


Рис. 7-84. Напряжения и том] в диодном детекторе при слабом сигнале.

обходимо для того, чтобы исходная рабочая точка прн наличии сигнала S находилась в области наибольшей кривизны характеристики диода. Исходной рабочей точкой при отсутствии сигнала является точка 0. При действии радиочастотного сигнала средний ток диода возрастает с 7а0 до 70. Это увеличение среднего тока увеличивает падение напряжения на R и уменьшает среднее напряжение на анод - катод диода с величины L>a0 до Ua0. Мгновенное значение тока диода при ис = 0 равно 1а и определяется ординатой характеристики диода при Ua0. Переменный ток диода изменяется около значения 1а. Приращение среднего гока диода по сравнению с режимом отсутствия сигнала равно:

(7-228)

Если точки S и О располагаются близко друг к другу, так что крутизну характеристики диода в этом интервале можно считать приблизительно постоянной, то увеличение среднего тока днода можно выразить в виде:

<72

(7-229)

где Ri - внутреннее дифференциальное сопротивление диода в рабочей точке. Если харак-



теристнку диода можно представить в виде: ta = ku3a, где k - постоянная, то вторая производная равна-2k. В этом случае уравнение (7-229) приводится к виду:

Д/ао =

2 (/?* + /?)

(7-230)

Если сигнал на входе квадратичного детектора промодулирован, то детектирование сигнала происходит так, как показано на рис. 7-85. Вследствие нелинейности характеристики


время

1 Рис. 7-85. Детектирование слабого сигнала в диодном детек-

диода модуляция приводит к изменениям средней величины тока диода. При этом ток диода содержит составляющие с частотой модуляции, с модулирующими частотами, равными сумме и разности между несущей и модулирующими частотами, а также их вторые гармоники. В этом можно убедиться, подставив в уравнение (7-226) входной сигнал ис вида:

.[cosK-Q)*-

- COS(m0 -\-Q)t].

(7-231)

После этого простые преобразования (7-226) приводят к указанному спектру тока диода. Кроме того, если входной сигнал промодулирован более чем одной частотой, то ток диода будет содержать составляющие с частотами, равными сумме и разности всех пар боковых частот, присутствующих в спектре модулированного сигнала. Таким образом, сигнал на выходе квадратичного детектора содержит составляющие с такими частотами, которых не было в начальном сигнале. Некоторые из этих новых составляющих не всегда могут быть отфильтрованы, так как их частоты могут попадать в необходимую полосу пропускания детектора со стороны выхода.

Емкость С в цепи нагрузки детектора слабых сигналов следует выбрать такой, чтобы ее реактивное сопротивление на несущей частоте сигнала было много меньше /?, для того, чтобы получить наибольшее напряжение сигнала на /?;. Сопротивление нагрузки R и напряжение источника смещения Еа должны быть такими, чтобы рабочая точка S попала в область наибольшей кривизны вольт-амперной характеристики диода.

При заданной рабочей точке S для получения максимального выходного напряжения следует брать Еа большим и выбирать R такой величины, которая необходима для получения рабочей точки S. Максимальная величина R ограничивается требуемой полосой пропускания цепи нагрузки RC. Если С представляет почти короткое замыкание для частот входного сигнала, то входное сопротивление диодного детектора слабых сигналов равно внутреннему сопротивлению Ri диода в рабочей точке.

Пример 7-14

Рассчитать детектор слабых сигналов, предназначенный для детектирования амплитудно-модулированного сигнала с несущей частотой 1 Мгц. Требуемая полоса пропускания нагрузки 10 кгц. Характеристика диода приведена на рис. 7-86.

»5 02

......I

... .и

fe-L

0.1 02 0,3 Q4 Напряжение на диоде Чц, В

Рис. 7-86. Характеристика диода в области слабых сигналов к примеру 7-14.

1. Определяют рабочую точку на характеристике диода.

Оптимальной исходной рабочей точкой является точка наибольшей кривизны характеристики - точка О на рис. 7-86. При слабых сигналах рабочая точка существенно не смещается относительно О и сопротивление диода Ri остается почти постоянным.

2. Определяют динамическое сопротивление диода Ri в рабочей точке:

£?i = = 1 ООО ом.

3. Определяют С.

При f = 1 Мгц Хс должно быть < R(. Пусть X(.=0,lRg при /=1 Мгц. Тогда

С = 2 • 3,14 • 10« ОТЩ- = 1 590 "0-

4. Определяют R.

Поскольку верхняя граничная частота, соответствующая точке ослабления на - 3 дб, равна 10 кгц, то 1

и при /=10 кгц

2 • 3,14 • 104 • 1 590 • Ю-12

= 10 000 ом.

10 Cll ПЯРПп



5. Определяют напряжение смещения, необходимое для получения исходной рабочей точки О при сопротивлении нагрузки 10 ком:

W = l0R = 0,1 • 10 3 10 0( 0 = 1,0 в.

Следовательно, напряжение смещения должно быть равно:

«Уо + Л<У=-= 1,1 в.

7-7с. Сеточный детектор. Детектирование амплитудно-модулированных сигналов может производиться не только диодами, но и посредством ламп с управляющими сетками. Если детектирование происходит в сеточной цепи лампы, то детектор называется сеточным На рис 7-87 сетка и катод триода действуют


Схема линейного сеточного детектора.

соответственно как анод и катод в диодном детекторе. Постоянное смещение и продстек-тированиый сигнал возникают на параллельном соединении R н С. Как и в случае диодного детектора, в зависимости от амплитуды входного сигнала различают линейное и квадратичное сеточное детектирование.

1. Линейное сеточное детектирование. Если амплитуда сигнала на входе сеточного детектора достигает нескольких вольт, то такой детектор действует подобно линейному диодному детектору. Типичные формы колебаний в сеточной цепи показаны на рис. 7-88. Ток, протекающий в течение тех частей периода приложенного сигнала, когда напряжение на сетке становится положительным по отношению к катоду, заряжает конденсатор С до напряжения, близкого к амплитуде сигнала. В течение остальной части периода емкость С несколько разряжается через сопротивление R. Таким образом, напряжение на R и С состоит из постоянной составляющей, созданной детектированием несущей, составляющей с-частотой модуляции и из пульсаций, имеющих частоту сигнала. Мгновенное напряжение между сеткой и катодом равно приложенному напряжению минус напряжение на цепи RC. Поскольку анодный ток лампы при этом содержит значительную составляющую с частотой сигнала, в анодную цепь для ослабления пульсаций необходимо включить фильтр 1С или RC.

R и С выбираются из тех же соображений, что и в линейном диодном детекторе (см. § 7-7а).

Напряжение сигнала на аноде приблизительно равно:

где £/2 - составляющая напряжения на R и С в цепи сетки, имеющая частоту модуляции; Z,; - сопротивление нагрузки анодной цепи на частоте модуляции



7?,+ 2н

(7-232)

Рис. 7-88. Формы колебаний в линейном сеточном детекторе.

а - напряжение сигнала на входе; 6 - форма напряжения между сеткой - катодом; s - анодный ток г - отфильтрованное напряженно на аноде, / - нагтря жение на R и С, 2 - мгновенные значения анодного тока

2. Сеточное детектирование слабых сигналов. Если амплитуда сигнала мала, то сеточный детектор действует подобно квадратичному диодному детектору При близком к нулю смещении характеристика сеточного тока лампы имеет значительную кри визну, и вследствие начальных скоростей эле кг ронов сеточный ток не равен нулю при нулево! смещении. Происходящие при этом процессы аналогичны тем, которые показаны на рис. 7-84 и 7-85 для диодного детектора слабых сигна лов. Возрастание среднего тока во время положительных полупериодов огибающей кривой модулированных колебаний увеличивает сред нее напряжение на RC в цепи сетки, т е. увеличивает отрицательное напряжение межд сеткой и катодом, вызывая уменьшение среднего анодного тока. Мгновенный анодный ток изменяется в соответствии с изменениями мгновенного значения приложенного сигнала; эти изменения должны быть отфильтрованы в ано, ной цепи лампы с помощью фильтра LC или RC.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 [95] 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0096