Амплитудный детектор

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.

Рис. 1.

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.

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.

Кг < 2% при максимальных m, используемых в радиовещании позволяет получить весьма высокое качество звучания.

Если выход УПЧ сделан не катушкой связи, а через разделительный конденсатор, то схема изменяется как показано на рис 4.

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).

3. Синхронное детектирование основано на операции умножения сигналов.

Пусть на входы умножителя подаются два гармонических сигнала: так называемый опорный сигнал с постоянными частотой и амплитудой r(t) = R sin(_Rt) и сигнал s(t) = S sin(t+). Тогда выходной сигнал умножителя будет иметь вид:

x(t) = r(t) s(t) = R S ( cos((-_R)t+) - cos((+_R)t+) ) /2

В результате умножения появляются гармонические составляющие на суммарной (+_R) и разностной (-_R) частотах .