7.2.6 Транзисторные детекторы

Среди транзисторных детекторов различают базовый, коллекторный и эмиттерный детекторы, получившие свое название по месту включения нагрузки.

Базовый детектор аналогичен по принципу действия последовательному детектору. Он имеет наибольший коэффициент усиления и наименьшую пе­регрузочную способность. В современных РПУ обычно обеспечивается воз­можность работы детектора в режиме сильных сигналов, и поэтому базо­вые детекторы используются редко.

В коллекторном детекторе (рис.7.21) транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а детекторный эффект определяется нелинейностью про­ходной характеристики при U_кэ=const . Этот детектор позволяет осуществлять детектирование сигнала с его усилением К_д > 1 и обеспечивает существенно большее входное соп­ротивление, чем диодные детекторы.

Рис.7.21

Эффективность детектирования в коллекторном детекторе оказывается наибольшей при малых положительных напряжениях на базе, т.е. U_бэ ≈ 0,01 - 0,05 В, которые, как и в усилителях, устанавливаются базовым делителем R_б1, R_б2. При детектировании входного сигнала в коллек­торном детекторе возможно использование базового детектора за счет нелинейности входной характе­ристики при U_кэ=const. Из-за нелинейных свойств базовой цепи при этом на резисторе R_б1 создается также дополнительное постоянное напряжение. Если в коллекторном детекторе емкость C_бл выбрать из условия

, (7.75)

то при базовом детектировании модулированного сигнала на резисторе R_б1 образуется переменное напряжение с частотой модуляции входного сигнала. Указанные напряжения действуют как дополнительное смещение и тем самым оказывают дополнительное влияние на изменение величины кол­лекторного тока. Детекторные эффекты в базовой и коллекторной цепях противоположны, поэтому детектирование базовой цепи приводит к пони­жению коэффициента передачи.

Однако дополнительное детектирование позволяет повышать амплитуду входного сигнала, при которой еще не наступает режим ограничения в коллекторной цепи, а также снижать нелинейные искажения детектора. Такой режим детектирования называется коллекторно-базовым.

В случаях когда обратное детектирование нежелательно уменьшают R_б1, а емкость С_бл выбирают из условия

. (7.76)

Нелинейные искажения при коллекторном детектировании можно уменьшить, вводя в цепь эмиттера резистор обратной связи R_oc (на рис.7.21 показан пунктиром).

Эмиттерный детектор (рис.7.22) обладает коэффициентом передачи, меньшим единицы, но имеет по сравнению с коллекторным высокое входное сопротивление. Кроме того, при низкоомной нагрузке R облегчается согласование с последующими цепями РПУ, а резистор нагрузки дополни­тельно осуществляет температурную стабилизацию коллекторного тока в рабочей точке.

Рис.7.22

Рис.7.23

Детектор на операционном усилителе DA представляет собой усилитель постоянного тока, охваченный обратной связью (рис.7.23). Сигнал про­межуточной частоты подается на неинвертирующий вход дифференциального усилителя, усиливается и поступает к диоду. Одновременно часть вып­рямленного напряжения подается на инвертирующий вход усилителя. В ре­зультате к диоду прикладываются усиленные входное и часть выпрямлен­ного напряжения.

Напряжение на выходе ОУ равно

, (7.77)

где – коэффициент передачи ОУ.

Напряжение на диоде представляет собой разность

, (7.78)

которую с учетом (7.77) при К>>1 можно записать в следующем виде:

.

Последнее соотношение отличается от (7.38) наличием сомножителя в виде К, а это означает, что диод в детекторе с ОУ при тех же уровнях сигналов всегда работает в режиме сильного сигнала. Граница между режимами слабого и сильного сигналов при этом

смещается в сторону слабых сигналов. Последнее означает расширение динамического диапазона детектора.

Рассчитать внутренние параметры детектора можно с помощью графов, представленных на рис.7.24,а. Из сигнального графа (рис.7.24,б) с дополнительным источником тока следует, что выходное сопротивление детектора

, (7.79)

откуда

. (7.80)

Внутреннее сопротивление детектора оказывается очень маленьким, что важно с точки зрения уменьшения линейных искажений сигнала и увеличения нагрузочной способности.

Рис.7.24

Внутренний коэффициент усиления определяется без учета нагрузки, поэтому

. (7.81)

С учетом (7.80) получаем, что

. (7.82)

Как следует из (7.34) коэффициент передачи детектора с ОУ с учетом (7.79) стремится к внутреннему коэффициенту усиления, который в соответствии с (7.81) примерно равен единице. Коэффициент передачи детектора может быть больше единицы за счет введения делителя в цепь обратной связи (на рис.7.23 показан пунктиром):

(7.83)

Наличие очень глубокой отрицательной обратной связи приводит к линеаризации характеристик и значительному снижению нелинейных искажений сигнала. Входное сопротивление детектора определяется входным сопротивлением ОУ.

Максимальное напряжение детектируемого сиг­нала

где β - глубина обратной связи, равная , K - собственный коэффициент передачи операционного усилителя, U_д.- напряжение на детекторе в рабочей точке.

Можно провести некоторые аналогии между детектором на ОУ и транзисторным эмиттерным детектором. Это оказывается возможным. Дело в том, что транзистор, включенный по схеме с ОК, представляет собой усилительный элемент со 100%-ой последовательной отрицательной обратной связью по напряжению. А это означает рост входного сопротивления, уменьшение выходного сопротивления и линеаризацию характеристик транзисторного детектора в целом. Разница лишь в относительно небольшом петлевом усиления транзисторной схемы, которое в соответствии с выражением

,

ограничено значениями от нескольких десятков до нескольких сотен единиц.