2jt/uio

Рис. 8.31. Напряжение на входе квадратичного детектора (а) постоянная составляю-дая тока в цепи диода (б), напряжение на резисторе R {в) и приращение напряжения, обусловленное действием входного сигнала (г)

квадрату амплитуды входного сигнала Е (t), не является препятствием к правильному воспроизведению формы импульсных (прямоугольных) сигналов. Пусть, например, напряжение на входе детектора имеет характер высокочастотных импульсов с прямоугольной огибающей (рис. 8.31, а). В интервалах между импульсами среднее значение тока диода (рис. 8.31, 6) совпадает с током покоя ig, а при наличии импульсов отличается на величину

М=.а.,Е\

-где Е - амплитуда высокочастотного напряжения, неизменная в пределах

-длительности импульса т».

Напряжение и« (О на нагрузке детектора показано на рис. 8.31, е. В те отрезки времени, когда процесс заряда или разряда конденсатора С закончен, напряжение на нагрузке равно igR (в интервале .между импульсаг ми) или а„+- Ai) R (при наличии сигнала). На рис. 8.31, г показано отдельно приращение напряжения, создаваемое сигналом. Для отделения этого приращения от постоянного напряжения igR можно использовать разделительную цепь, составленную из конденсатора и резистора.

Представленное на рис. 8.31, г выходное напряжение «цх (О форме мало отличается от огибающей высокочастотного напряжения, действующего на входе детектора. Таким образом, убеждаемся, что квадратичный закон детектирования не препятствует воспроизведению формы прямоугольных импульсов. Нелинейность характеристики детектирования в данном случае проявляется лишь в том, что амплитуда импульса на выходе детектора пропорциональна квадрату амплитуды высокочастотного напряжения на входе детектора.

Иначе обстоит дело при квадратичном детектировании колебаний, огибающая которых является непрерывной функцией времени, как это имеет место, например, при передаче речи, музыки и т. д. Для упрощения рассуждений рассмотрим тональную модуляцию. Подставив в выражение (8.55)

Е (t) = Е„ (1 f Л1 .sinQ /). получим

ЕЦ]+М <\nQ 1У = - Eb{\+2M sin Qt -f sin* Ш) =

Ч-2М sin Q(-

cos 2Q /

Рис. 8.32. Режим детектирования AM колебания при больших амплитудах («линейное* детектирование)

Заметим, что в отсутствие модуляции (/И - 0), т. е. когда на детектор действует одно лишь колебание несущей частоты, приращение тока равно (а/й) Eq. Таким образом, при возникновении тональной модуляции среднее значение тока получает постоянное по величине относительное приращение, равное М.2. Переменная часть тока содержит следующие два слагаемых: а) полезное, воспроизводящее сигнал 2yWsinQ/, б) вредное, являющееся второй гармоникой сигнала (М/2) cos 2Qi.

Отсюда следует, что коэффициент гармоник, равный в данном случае отношению амплитуды второй гармоники к амплитуде первой,

/Срг =Ю,5М2 2М = М:4.

При 100 %-ной модуляции

= 0,25 = 25 %.

При одновременной модуляции двумя частотами i2j и Q2 в выходном на-пряженци детектора наряду с гармониками 2Qi и 2Q2 возникают еще комбинационные частоты вида Qi + Q2 и Qi - амплитудами, пропорциональными произведению парциальных коэффициентов модуляции УИ] и М.-Этот результат нетрудно получить, если в выражение (8.54) подставить

Е (t) =г Ео (1 -i- М, sinQ,/ + М2 sinQ20-

При передаче сложных сигналов, содержащих большое число частот, гармоники и комбинационные частоты оказывают при глубокой модуляции очень сильное влияние на разборчивость и тембр сигнала. Поэтому применение квадратичного детектирования нецелесообразно в тех случаях, когда требуется неискаженное воспроизведение сигналов (речь, музыка и т. д.)

Рассмотрим детектирование сильных сигналов. Как и ранее, применим диодный детектор. Не изменяя схемы, представленной на рис. 8.23, допустим, что амплитуда входного сигнала достаточно велика, а R и С выбраны таким образом, что угол отсечки тока очень мал и выпрямленное напряжение на R почти не отличается от амплитуды Е (t) входного сигнала. Подобный режим для постоянной амплитуды (выпрямление) был рассмотрен в §8.8. При модуляции же получается режим работы диода, изображенный на рис. 8.32. Напряжение смещения, создаваемое постоянной составляющей тока, изменяется пропорционально амплитуде входного сигнала. Но изменяющееся напряжение смещения диода есть не что иное, как выходное напряжение детектора. На рис. 8.33, а совмещены входное (высокочастотное) и выходное (выпрямленное) напряжения (зубчатая линия). Так как при достаточно большой (по сравнению с периодом высокой частоты Т - 2ло),,) 1ЮСТ0ЯНН0Й времени RC зубцы практически отсутствуют, напряжение на выходе воспроизводит огибающую амплитуд входного напряжения, т. е. передаваемое сообщение.

Таким образом, связь между выходным напряжением (выпрямленным) "вых (О и огибающей входной ЭДС Е (t) получается почти линейной.

в этом смысле детектор, работающий в режиме больших амплитуд и с нагрузкой, обеспечивающей близкое совпадение напряжений Ыд„х (О и Е (t), называется линейным детектором. При этом не следует, конечно, упускать из виду, что детектор, работающий с отсечкой тока, является сугубо нелинейным устройством. Эта нелинейность обусловлена формой характеристики не только в области и> О (где характеристика может быть близка к линейной), но и на протяжении всей области действующих на диоде напряжений. При работе с отсечкой характеристика диода представляет собой ломаную линию, состоящую из участка оси абсцисс (при и <: 0) и наклонной линии (при w > 0), с изломом вблизи точки и = 0.

Режим модуляции накладывает на выбор элементов нагрузки детектора дополнительные ограничения. Необходимо, чтобы постоянная времени цепи нагрузки была мала по сравнению с периодом модуляции. В противном случае изменение выпрямленного напряжения на нагрузке может отставать от изменения огибающей входной ЭДС. Подобный режим представлен на рис. 8.33, б. На участке а-б из-за чрезмерно большой инерционности RC-пепи напряжение «вх отстает в своем росте от огибающей ЭДС. В точке б, где «дх и амплитуда модулированной ЭДС уравниваются, ток через диод и рост Ыдх прекращаются. На участке б-в источник ЭДС н диод не оказывают никакого влияния на нагрузочную цепь и в последней происходит разряд С через резистор R. Таким образом, на участке б -в напряжение изменяется по экспоненте. Получается нелинейное искажение сигнала. Так как эти искажения обусловлены тесным взаимодействием нелинейного элемента (диод) с линейной цепью (RC) степень нелинейных искажений зависит не только от параметров цепи и глубины модуляции, но также и от частоты модуляции. Эти искажения возрастают с повышением частоты, а также глубины модуляции входной ЭДС. Для устранения рассматриваемых искажений необходимо, чтобы RC < 2n/Q. Однако для сглаживания высокочастотных пульсаций требуется выполнение неравенства RC 2л (О,, [см. (8.53)1. Совмещая эти два условия, получаем неравенства

2л « RC « 2л,И. (8.56)

Обычно частоты о),, и Q сильно различаются (Q < o)o) и условия (8.56) выполняются.

При импульсной модуляции огибающей в правой части неравенства (8.56) вместо периода модуляции 2n/Q следует подставлять длительность

Рис. 8.33. Диаграммы входного и выходного напряжений в «линейном» детекторе при правильном (а) и неправильном (б) выборе элементов нагру-ломной непн RC