5. Амплитудный детектор

5.1. Общие сведения

Амплитудным детектором (АД) называется устройство, предназначенное для получения на выходе напряжения, изменяющегося в соответствии с законом изменения огибающей входного амплитудно-моду­лированного сигнала.

Процесс детектирования амплитудно-модулированных (АМ) сигналов заключается в воспроизведении модулирующего сообщения x(t) с наименьшими искажениями. В аналитической форме АМ-сигнал имеет вид

u_c(t)  u_a(t)cos(ω_ct), (5.1)

где u_a(t)  U_c[1  m_ax(t)], m_a  1 – коэффициент глубины модуляции; U_c – амплитуда несущего колебания с частотой ω_c. Спектр сообщения x(t) сосредоточен в области низких частот (частот модуляции), а спектр сигнала u_c(t) – в области частоты ω_c, значение которой обычно намного превышает значение наивысшей частоты модуляции. Преобразование спектра при демодуляции возможно только в устройствах, выполняющих нелинейное или параметрическое преобразование входного сигнала u_c(t).

При использовании нелинейного устройства, обладающего квадратичной вольт-амперной характеристикой, выходной ток имеет вид

, (5.2)

где В – постоянный коэффициент. После устранения фильтром низких частот (ФНЧ) составляющей с частотой 2ω_c получим

. (5.3)

В этом токе содержится составляющая вида , пропорциональная передаваемому сообщению, а также составляющая , которая обуславливает степень нелинейных искажений модулирующего сообщения x(t).

Параметрическое преобразование осуществляется путем умножения u_c(t) на опорное колебание, имеющее вид u₀(t)  U₀cos(ω_ct). В этом случае результат перемножения определяется следующим выражением:

u_c(t)u₀(t)  u_a(t)U₀ [0,5 + 0,5cos(2ω_ct)]. (5.4)

Составляющая с частотой 2ω_c устраняется ФНЧ, и в результате формируется низкочастотный сигнал вида 0,5U₀u_a(t). Отделяя постоянную составляющую 0,5U₀U_c, например, при помощи разделительного конденсатора, получаем сигнал вида 0,5U₀U_cm_ax(t), форма которого определяется передаваемым сообщением x(t).

5.2. Основные характеристики и параметры амплитудного детектора

Детекторная характеристика представляет собой зависимость постоянной составляющей U₌ выходного напряжения от изменения амплитуды U_с немодулированного сигнала u_c(t)  U_ccos(ω_ct). Уровень нелинейных искажений, имеющих место при детектировании, определяется видом детекторной характеристики. По детекторной характеристике можно установить диапазон изменения амплитуды u_a(t) модулированного сигнала (5.1), при котором нелинейные искажения модулирующего сообщения x(t) не будут превышать определенного предела.

Крутизна детекторной характеристики рассчитывается как производная:

,

является безразмерной величиной и по аналогии с показателями любого усилительного узла характеризует передаточные свойства детектора.

Коэффициент нелинейных искажений – численная мера нелинейных искажений модулирующего сообщения x(t) при гармонической модуляции с частотой   2F:

,

где U_n – амплитуда колебания с частотой n на выходе амплитудного детектора.

Коэффициент передачи амплитудного детектора определяется при гармонической модуляции с частотой  отношением

,

где U_ – амплитуда колебания с частотой  на выходе амплитудного детектора.

Частотная характеристика является зависимостью коэффициента передачи амплитудного детектора от частоты модуляции: k_  f().

Коэффициент фильтрации амплитудного детектора задается отношением

,

где U_ – амплитуда первой гармоники высокочастотного колебания на выходе амплитудного детектора.