Амплитудный детектор на транзисторе: Чувствительный амплитудный детектор | Техника радиоприёма

Содержание

Чувствительный амплитудный детектор | Техника радиоприёма

Способ детектирования, примененный в описанных выше приемниках (см. Схема на трех транзисторах и Карманный приемник), хорошо себя зарекомендовал и навел на мысль о разработке более чувствительного амплитудного детектора для других конструкций. Известно, что диодные и транзисторные амплитудные детекторы, используемые в радиовещательных приемниках AM сигналов, обладают невысокой чувствительностью. Их коэффициент передачи быстро уменьшается при уровнях сигнала ниже 100 мВ. Связано это с квадратичностью характеристики при малых сигналах: амплитуда продетектированного сигнала пропорциональна квадрату амплитуды входного сигнала РЧ.

Гораздо большую чувствительность и больший динамический диапазон имеют активные детекторы, собранные на операционных усилителях (ОУ). Они получили некоторое распространение в измерительной технике, но так и не стали применяться в радиоприемниках, вероятно, из-за сложности, дороговизны и ограниченного частотного диапазона. Используя высокочастотный транзистор и диоды, удалось разработать амплитудный детектор с высокой чувствительностью, содержащий минимум деталей.

Схема чувствительного АМ детектора

Схема детектора показана на рис. 4.17. Он представляет собой обычный резистивный усилительный каскад, в котором в цепи смещения базы транзистора VT1 вместо резистора установлен кремниевый диод VD1. Цепочка R2C2 фильтрует сигнал ЗЧ на выходе детектора от радиочастотных пульсаций. В отсутствие сигнала напряжение на коллекторе транзистора автоматически устанавливается около 1-1,1 В: оно равно сумме напряжений открывания диода и перехода база - эмиттер транзистора. Ток транзистора определяется напряжением питания и сопротивлением резистора нагрузки R1, Io = (Uп - 1,1 В) / R1. При номинале резистора, указанном на схеме, и напряжении питания 3 В ток составляет около 0,5 мА, но его можно сделать и значительно меньше, увеличив сопротивление резистора.

Ток базы транзистора составляет не более нескольких микроампер, он протекает через диод в прямом направлении, устанавливая его на пороге открывания, на участке с максимальной кривизной вольтамперной характеристики, что и требуется для хорошего детектирования. Динамическое сопротивление диода составляет в этой точке десятки килоом - оно незначительно снижает усиление транзисторного каскада.

При поступлении на вход детектора AM сигнала положительные полуволны, выделяющиеся на нагрузке R1, выпрямляются диодом и увеличивают потенциал базы, открывая транзистор. Емкость разделительного конденсатора С1 должна быть значительно больше емкости обычных разделительных конденсаторов радиочастотных каскадов, чтобы он не успевал разряжаться током базы за период колебаний. Коллекторный ток открывающегося транзистора возрастает, а его коллекторное напряжение уменьшается. Максимумы положительных полуволн коллекторного напряжения оказываются как бы «привязанными» к уровню +1 В, в то время как огибающая отрицательных полуволн промодулирована удвоенной амплитудой напряжения ЗЧ. Осциллограмма коллекторного напряжения точно такая же, как на рис. 4.11.

Отфильтрованное цепочкой R2C2 среднее напряжение, соответствующее закону модуляции, поступает на выход. Его максимальный размах составляет 0,5 В, далее наступает ограничение. Параметры детектора таковы: при входном сигнале 3 мВ с глубиной модуляции 80% выходное напряжение ЗЧ составляет 180 мВ. Искажения огибающей визуально почти незаметны, к тому же они резко уменьшаются с понижением глубины модуляции. Входное сопротивление детектора невелико и составляет сотни ом, поэтому сигнал на него лучше подавать от эмиттерного (истокового) повторителя, но можно и от обычного апериодического каскада с резистором нагрузки не более 1-2 кОм. Выходное сопротивление детектора определяется суммарным сопротивлением резисторов R1 и R2, поэтому желательно, чтобы входное сопротивление УЗЧ, подключенного к выходу детектора, составляло не менее 20 кОм.

Вариант детектора с двумя диодами

Коэффициент передачи детектора и его выходное напряжение ЗЧ можно повысить вдвое, установив еще один диод, как показано на рис. 4.18. Резистор нагрузки детектора R2 присоединен к проводу питания, обеспечивая небольшой начальный ток через дополнительный диод VD2, чтобы вывести его на участок с максимальной кривизной характеристики. Этот диод выпрямляет отрицательные полуволны коллекторного напряжения, и потенциал верхней по схеме обкладки фильтрующего конденсатора С2 повторяет их огибающую.

Этот детектор вносит несколько большие нелинейные искажения, но развивает то же напряжение ЗЧ (180 мВ) при входном сигнале 1,5 мВ, а начинает детектировать при входных сигналах в сотни микровольт. Для сравнения была измерена чувствительность апериодического УРЧ (на том же транзисторе с тем же сопротивлением нагрузки 3,9 кОм), нагруженного на диодный детектор по схеме удвоения напряжения - она получилась втрое хуже, хотя схема получается сложнее и содержит больше элементов.

Постоянную составляющую продетектированного сигнала можно использовать в системе автоматической регулировки усиления (АРУ), учитывая, что в детекторе по схеме рис. 4.17 она изменяется по мере увеличения уровня сигнала от 1,1 до 0,55 В, а в детекторе по схеме на рис. 4.18 - от 1,65 до 0,55 В. Это позволяет управлять смещением кремниевых транзисторов УРЧ или УПЧ непосредственно с выхода детектора. При отсутствии сигнала смещение максимально, а при наличии сигнала уменьшается, снижая усиление каскадов. Дополнительная польза такого решения в том, что напряжение смещения будет мало зависеть от напряжения питания, поскольку детектор выступит в роли его стабилизатора.

Максимальная частота сигнала для обоих детекторов составляет около 3 МГц, поэтому их можно использовать в ДСВ приемниках прямого усиления и в супергетеродинах со стандартным значением ПЧ 450-470 кГц. Представляется интересным объединить этот детектор с описанным ранее истоковым повторителем для магнитной антенны, схема которого дана на рис. 4.6. Должен получиться довольно чувствительный приемник без усилителей напряжения РЧ.

Читать дальше - Приемник на биполярных транзисторах с АРУ

Экономичные детекторы АМ и ЧМ сигналов

к.т.н., доцент УТОЧКИН Геннадий Васильевич

к.т.н. РОЗОВ Андрей Валентинович

(ООО "Технический центр ЖАиС")

I. Детекторы амплитудно-модулированных сигналов.

Принципиальная схема простейшего АМ детектора на одном транзисторе приведена на рис.1.

Входной амплитудно-модулированный сигнал через разделительный конденсатор С1 поступает на эмиттер транзистора VT1 который через резистор R1 соединен с общей шиной. В базовую цепь транзистора включены резистор R2 и конденсатор C2, являющийся блокировочным по частоте входного сигнала. В коллекторную цепь транзистора включены нагрузочные резистор R3 и конденсатор C3. Таким образом, в схеме рис.1 по входному сигналу имеем каскад с общей базой.

При отрицательной полуволне входного сигнала, превышающей порог отпирания базо-эмиттерного перехода транзистора VT на базе выделяется постоянная составляющая или напряжение огибающей входного амплитудно-модулированного сигнала, т.е. происходит детектирование входного сигнала. Протекающий при детектировании ток базы транзистора создает на резисторе R2 напряжение, при котором напряжение коллектор-база Uкб VT становится положительным и он открывается, т.е. переходит в активный режим (в принципе, кремниевый транзистор работает в активном режиме при Uкб=0 или даже если напряжение на коллекторе на 0,3...0,4 В меньше напряжения на базе). В результате увеличивается ток коллектора и возникает напряжение на резисторе нагрузки R3, при этом из-за усилительных способностей транзистора напряжение на нагрузке по абсолютной величине больше, чем напряжение на базе (несмотря на то, что сопротивление резистора нагрузки R3 в несколько раз меньше базового резистора R2). Для n-p-n транзистора оба напряжения отрицательны.

На рис.2 приведены графики зависимости выходного напряжения и тока нагрузки от величины входного напряжения немодулированного высокочастотного сигнала на частоте 12 МГц для транзистора КТ368А.

Из графиков рис.2 видно, что зависимость выходного напряжения Uвых= и тока нагрузки Iн от входного высокочастотного напряжения линейна, причем порог линейного детектирования для транзистора КТ368А составляет 0,55В при Iн=50 мкА.

Порог детектирования Uвх min для различных типов кремниевых транзисторов колеблется в пределах 0,4...0,48 В (при токе нагрузки 5 мкА), а также зависит от частоты входного сигнала. Зависимость минимального напряжения входного сигнала Uвх min для транзистора КТ368А при Iн=5 мкА приведена на рис.3.

Как видно из приведенного графика, зависимость Uвх minот частоты имеет резонансный характер. На частоте 370 МГц минимальное входное напряжение составляет всего 90 мВ. Это объясняется тем, что входное сопротивление транзистора, включенного по схеме с ОБ имеет индуктивный характер, причем на частотах f>>fs, где fs - граничная частота по крутизне. Входная индуктивность транзистора Lвх определяется по следующей приближенной формуле: Lвх≈ rэ/(2пf

s) = rб/(2пfт), где rэ - сопротивление эмиттерного перехода, rб - сопротивление базы, fт - частота единичного усиления.

На частоте последовательного резонанса Lвх и активной составляющей емкости коллекторного перехода Ск1 напряжение на эмиттерно-базовом переходе транзистора возрастает, чем объясняется резкое уменьшение порога детектирования.

При это входное сопротивление транзисторного детектора уменьшается с величины, определяемой в основном сопротивлением R1, до нескольких десятков Ом, определяемом сопротивлением последовательного резонансного контура LвхCк1. Так как частота fт зависит от типа транзистора и тока коллектора, то частота последовательного резонанса и минимальное напряжение детектирования зависят от величины входного напряжения и типа транзистора. Таким образом, транзисторный амплитудный детектор без источника питания обладает ярко выраженной активной частотной селекцией по минимальному напряжению детектирования.

Недостатком простейшего транзисторного амплитудного детектора является повышенные нелинейные искажения огибающей амплитудно-модулированного сигнала при больших амплитудах входных сигналов. Этот недостаток может быть устранен некоторым изменением схемы детектора.

На рис.4 приведена схема амплитудного детектора с пониженным уровнем нелинейных искажений.

В этой схеме, в отличии от детектора рис.1, между базой и коллектором транзистора включен конденсатор большой емкости С2, напряжение на котором почти не изменяется за

период частоты модуляции. Этот конденсатор заряжается разницей напряжений на коллекторе и базе транзистора до величины 0,3…0,4 В. В момент действия отрицательной полуволны огибающей амплитудно-модулированного сигнала при отсутствии конденсатора С2 произошла бы отсечка этой полуволны огибающей за счет достижения порога детектирования и запирания базо-эмиттерного перехода транзистора. Это привело бы к отсечке базового тока и значительным нелинейным искажениям. При наличии конденсатора С2 при отрицательных полуволнах огибающей снижается отрицательный потенциал на коллекторе транзистора за счет его подзапирания и уменьшения падения напряжения на нагрузочном резисторе R3. В результате накопленное напряжение на конденсаторе С2 приоткрывает транзистор (т.к. напряжение на конденсаторе С2 прикладывается в положительной полярности между общей шиной и базой транзистора.). Это приводит как бы к смещению характеристик передачи транзистора вправо и к предотвращению отсечки, а следовательно, и к уменьшению нелинейных искажений.

Таким образом, транзистор в схеме рис.4 можно рассматривать как каскад со 100%-ой отрицательной обратной связью по огибающей входного амплитудно-модулированного сигнала (причем отрицательная обратная связь осуществляется через конденсатор С2). Данная параллельная ООС по выходу уменьшает выходное сопротивление детектора, что положительно сказывается на нагрузочной способности детектора. В частности, в нем не возникают нелинейные искажения за счет разности нагрузок по постоянному и переменному току.

Амплитудный детектор с малыми искажениями

   В данной статье приводится схема детектора АМ сигналов на транзисторе. Детекторы собранные по данной схеме отличаются значительно меньшими нелинейными искажениями АМ сигнала, чем традиционные ( например диодные ).

  Принципиальная схема детектора приведена на Рис.1. Элементы С1, L1, L2 ( выходной контур УПЧ приёмника ) и R2C3 ( нагрузка ) имеются и в обычном диодном детекторе. Функции детектирующего элемента выполняет транзистор VT1. По высокой частоте его база соединена с коллектором через конденсатор С2, т.е. детектор полностью эквивалентен диодному. Постоянная составляющая тока детектора обеспечивает работу транзистора VT1 в активном режиме. По низкой частоте детекторный каскад охвачен глубокой ООС. Напряжение ООС снимается с коллектора транзистора VT1 и через конденсатор С2 подаётся на его базу.

 
 На Рис.2 и 3 приведены зависимости коэффициентов гармоник (Кг) от глубины модуляции (m) для предлагаемого детектора ( кривые 2 ) и диодного детектора ( кривые 1 ), полученного при исключении из схемы элементов R1C2 и соединении базы и коллектора транзистора VT1. Зависимости, приведённые на Рис.2, получены при использовании германиевого транзистора и амплитуде сигнала несущей на транзисторе VT1 равной 0,6 В, а на Рис.3 – при использовании кремневого транзистора и амплитуде сигнала несущей частоты 1 В.   

   Из приведённого графика видно, что применение такого детектора позволяет снизить коэффициент гармоник в два-три раза, причём при глубине модуляции менее 0,5 коэффициент гармоник не превышает 2%.
   Простота данного устройства позволяет использовать его для доработки готовых радиоприёмных трактов. Для этого достаточно вместо детекторного диода установить элементы VT1, R1, C2.

Автор: И. Гончаренко, «РАДИО» №1, 1991 г., стр 53

Похожее

Амплитудный детектор с отрицательной обратной связью — Сайт инженера Задорожного С.М.

Предлагаемое построение высококачественного амплитудного детектора стало результатом некоторой переработки схемы двухтактного усилителя класса B. Благодаря введению глубокой отрицательной обратной связи (ООС) и достигнутой благодаря этому высокой линейности амплитудный детектор показал крайне низкий уровень вносимых им нелинейных искажений.

     Введение

Характерное для двухтактного усилителя класса B раздельное усиление положительной и отрицательной полуволн входного сигнала производится двумя «плечами» усилителя по очереди, после чего усиленные половинки суммируются на подключенной к выходу нагрузке. Работу такого усилителя иллюстрируют схема на рис.1а и диаграмма на рис.1б:

Рис.1. Двухтактный усилитель класса B:
а — принципиальная схема усилителя с указанием направления токов в транзисторах;
б — сигнал на входе (бирюзовый), ток в транзисторе VT1 (красный), ток в транзисторе VT2 (синий), сигнал на нагрузочном резисторе (фиолетовый).

В схеме усилителя на рис.1а обращают на себя внимание направление и форма тока в транзисторах. Очевидно, что каждое из транзисторных плеч двухтактного усилителя класса B работает как детектор огибающей (envelop detector) входного сигнала: транзистор VT1 его положительных полуволн, а транзистор VT2 – отрицательных.

Идея высококачественного амплитудного детектора состоит в том, чтобы использовать ток в одном из транзисторных плеч усилителя класса B как выходной сигнал детектора, а для повышения его линейности и уменьшения искажений подать в цепь глубокой отрицательной обратной связи восстановленный на нагрузке полный сигнал.

     Схема амплитудного детектора с ООС

На рис.2 представлена электрическая принципиальная схема амплитудного детектора с отрицательной обратной связью:

Рис.2. Схема амплитудного детектора с ООС.

На схеме легко узнаваема одна из разновидностей двухтактного усилителя класса B. Составные транзисторы его плеч выполнены на транзисторах различной проводимости, соединённых по комплементарной схеме Дарлингтона [1]. Резистор R11 выполняет функцию нагрузки усилителя. От классических схем двухтактного усилителя класса B эту схему отличают резисторы R9 и R10, сопротивление которых выбрано равным сопротивлению нагрузки усилителя R11. Именно на резисторах R9 и R10 соответственно положительная и отрицательная полуволны переменного тока в нагрузке создают такое же по форме напряжение сигнала, которое и является выходным сигналом амплитудного детектора.

Входной сигнал подаётся в точку XT1 и далее через конденсаторы C2 и C3 поступает на базы правых по схеме транзисторов транзисторных сборок VT1 и VT2. Левые по схеме транзисторы этих сборок включены как диоды и служат для установки некоторого небольшого начального тока смещения правых транзисторов, а также его термостабилизации в виду идентичности характеристик транзисторов, в том числе температурных, в составе транзисторной сборки. Пары транзисторов транзисторных сборок VT1 и VT2 таким образом включены по схеме «токовое зеркало» [2], поэтому начальный ток смещения правых по схеме транзисторов будет практически таким же, что и ток в левых, независимо от температуры окружающей среды. Ток через левые по схеме транзисторы транзисторных сборок задаётся схемой регулируемого источника опорного напряжения на микросхеме D1 и резисторами R5 и R6, включенными последовательно с этими транзисторами.

Отрегулировать начальный ток смещения можно резистором R2. Для того, чтобы такой двухтактный усилитель класса B работал как высокочувствительный амплитудный детектор с малыми искажениями, начальный ток смещения правых по схеме транзисторов транзисторных сборок VT1 и VT2 необходимо установить таким, чтобы транзисторы VT3 и VT4 при отсутствии сигнала были близки к открытию, но всё же оставались закрытыми во всём диапазоне рабочих температур. То есть ток в транзисторах VT3 и VT4 должен либо не превышать единиц микроампер, либо вообще отсутствовать. Проверяется это либо по напряжению на резисторе R10, либо по току микроамперметра, включенного вместо этого резистора или резистора R9.

     Тестирование амплитудного детектора с ООС на реальном сигнале

Чтобы проверить качество работы такого амплитудного детектора, а также повторяемость его характеристик, по приведенной на рис.2 схеме были изготовлены четыре модуля на двухсторонних печатных платах с установленными на них элементами поверхностного монтажа, как показано на фото 1:

Фото 1. Четыре модуля амплитудного детектора с ООС.

Схема включения модуля амплитудного детектора и подключения измерительных приборов приведена на рис.3:

Рис.3. Схема проведения измерений при определении характеристик амплитудного детектора с ООС.

В качестве источника высокочастотного сигнала использовался ВЧ-генератор Г4-158. Высококачественный амплитудный модулятор этого генератора обеспечивает формирование амплитудно-модулированного сигнала с коэффициентом нелинейных искажений не более 1%.

Синусоидальный сигнал звуковой частоты на вход АМ-модулятора генератора Г4-158 подавался с внешнего генератора сигналов низкой частоты Г3-118, который также отличается качеством выходного сигнала с очень низким уровнем нелинейных искажений.

Уровень высокочастотного сигнала на входе амплитудного детектора контролировался милливольтметром Ф5303.

Выходной сигнал амплитудного детектора с резистора R10 (контакт XT4) поступал на пассивный RLC-фильтр нижних частот 2-го порядка (Бесселя) с частотой среза около 11 кГц. Низкочастотный сигнал с выхода фильтра усиливался затем усилителем на операционном усилителе OPA134PA. Уровень вносимых таким ОУ нелинейных искажений также очень мал, коэффициент нелинейных искажений не превышает 0,005%.

Уже к выходу усилителя подключались либо автоматический измеритель нелинейных искажений С6-11, либо осциллограф С1-79, либо цифровой вольтметр В7-34.

Тестирование амплитудного детектора проводилось амплитудно-модулированным сигналом с частотой несущей 465 кГц (стандартная промежуточная частота советских радиоприёмников), частотой модулирующего сигнала (огибающей) равной 1кГц и глубиной модуляции 30%. Работу амплитудного детектора иллюстрируют осциллограммы на фото 2 и фото 3.

На фото 2 приведены осциллограммы сигнала на выходе XT4 при среднеквадратичном напряжении сигнала на входе 0,6 В (а) и 0,04 В (б) и отсутствии модуляции:

Фото 2. Сигнал на выходе амплитудного детектора (точка XT4):
а) Uвх. = 600 мВ (RMS), 200 мВ/дел.;
б) Uвх. = 40 мВ (RMS), 20 мВ/дел.

На фото 3 показана осциллограмма выходного сигнала при подаче на вход амплитудного детектора амплитудно-модулированного сигнала с уровнем несущей 0,5 В (RMS) и глубиной модуляции 30%:

Фото 3. АМ-сигнал после демодуляции амплитудным детектором, 200мВ/дел.

Продукт фильтрации RLC-фильтром нижних частот сигнала с выхода амплитудного детектора состоит из некоторой постоянной составляющей и переменного сигнала звуковой частоты. Величина постоянной составляющей пропорциональна амплитуде несущей входного амплитудно-модулированного сигнала, а сигнал звуковой частоты соответствует огибающей этого сигнала. Усилитель, подключенный к выходу фильтра нижних частот, усиливал обе эти составляющие.

     Технические характеристики амплитудного детектора с ООС

Проверка работы амплитудного детектора и измерение его характеристик проводилось, как уже было сказано выше, при подаче на вход детектора XT1 амплитудно-модулированного сигнала с частотой несущей 465 кГц, синусоидальной огибающей частотой 1 кГц и глубиной модуляции 30%. Коэффициент нелинейных искажений демодулированного сигнала измерялся при различных уровнях АМ-сигнала на входе амплитудного детектора.

Результаты измерений для всех четырёх модулей амплитудного детектора с ООС получились следующими:

            Таблица 1

ПараметрУровень АМ-сигнала на входе (RMS)
10 мВ30 мВ100 мВ500 мВ
Уровень выходного НЧ-сигнала (RMS)0,47 мВ2,16 мВ8,24 мВ45,0 мВ
Коэффициент нелинейных искажений, не более1,60%2,00 %0,70 %0,43 %

Указанный уровень демодулированного сигнала звуковой частоты приведен ко входу оконечного усилителя измерительной схемы, представленной на рис. 3. Коэффициент усиления этого усилителя устанавливался равным 51 при малом сигнале (до 150 мВ) и равным 6 при большом (свыше 150 мВ).

Зависимость коэффициента нелинейных искажений от уровня входного сигнала при одной и той же глубине модуляции представлена диаграммой на рис.4. И эта зависимость имеет ярко выраженный максимум при входном сигнале около 20 мВ.

Рис.4. Зависимость коэффициента нелинейных искажений
от уровня несущей при глубине модуляции 30%.

С целью объяснить такое поведение амплитудного детектора была построена его передаточная характеристика как зависимость постоянного напряжения на выходе пассивного RLC-фильтра нижних частот (см. схему на рис.3) от амплитуды немодулированного сигнала на входе детектора. Эта зависимость в упрощённом виде, то есть без привязки к конкретным значениям, приведена на рис.5.

Рис.5. Передаточная характеристика амплитудного детектора с ООС.

Передаточная характеристика на диаграмме представлена голубой линией. Интервал значений входного напряжения, на котором передаточная характеристика практически линейна, начинается с 20 мВ (RMS) и простирается до (RMS). На этом интервале входных напряжений была построена аппроксимирующая прямая (красная линия на диаграмме). Аппроксимирующая прямая была построена методом наименьших квадратов, среднеквадратичное отклонение прямой от снятой по приборам характеристики у всех четырёх изготовленных модулей амплитудного детектора с ООС не превышало 0,0055 или 0,55%. Это значение вполне соотносится с приведенными в табл.1 результатами измерений коэффициента нелинейных искажений. Такое малое значение среднеквадратичного отклонения в таком широком диапазоне входных напряжений подтверждает высокую линейность амплитудного детектора  с глубокой отрицательной обратной связью .

Если сопоставить показанную на рис.5 передаточную характеристику амплитудного детектора с приведенной на рис.4 зависимостью, то для ярко выраженного максимума коэффициента нелинейных искажений при уровне входного сигнала около 20 мВ очевидным становится следующее объяснение. Поскольку у передаточной характеристики амплитудного детектора заканчивается её нелинейный участок и начинается линейный при достижении уровня несущей 20 мВ, то здесь верхняя полуволна огибающей амплитудно-модулированного сигнала «проецируется» в выходной сигнал линейным участком передаточной характеристики, а нижняя – нелинейным. Из-за такой асимметрии в выходном сигнале вырастает уровень чётных гармоник, что в совокупности с нечётными гармониками и приводит к увеличению коэффициента нелинейных искажений. При уровне несущей выше 50 мВ и глубине модуляции до 50% нелинейный участок передаточной характеристики никак не затрагивает огибающую и детектирование происходит на линейном участке, соответственно нелинейные искажения уменьшаются.

     Где в схеме отрицательная обратная связь

Отрицательную обратную связью в амплитудном детекторе и по совместительству двухтактном усилителе класса B, схема которого представлена на рис.2, создаёт подача сигнала с точки соединения коллекторов транзисторов VT3 и VT4 и резистора R11 в эмиттеры правых по схеме транзисторов транзисторных сборок VT1 и VT2. Поскольку весь восстановленный на нагрузке (резистор R11) сигнал подается в эмиттеры указанных транзисторов входного каскада, то отрицательная обратная связь в данном случае является 100-процентной и двухтактный усилитель класса B работает как повторитель напряжения входного сигнала.

Отрицательная обратная связь имеет смысл лишь когда коэффициент петлевого усиления в охваченном отрицательной обратной связью усилителе много больше единицы [3]. Чтобы проверить коэффициент петлевого усиления в нашей схеме разорвём цепь отрицательной обратной связи как показано на рис.6:

Рис.6. Разрыв цепи отрицательной обратной связи для измерения петлевого усиления.

В данном случае цепь отрицательной обратной связи оказывается разорванной по переменной составляющей (конденсатор C блокирует попадание сигнала в эмиттеры входных транзисторов), но оставлена по постоянной составляющей (резистор R) чтобы не нарушать режим работы транзисторов. Теперь чтобы определить  коэффициент петлевого усиления достаточно измерить коэффициент усиления по напряжению усилителя с разорванной ООС. Для этого на вход схемы был подан очень малый сигнал и был измерен сигнал на выходе двухтактного усилителя класса B (на резисторе R11). Значение коэффициента во всех случаях было больше 100, что и является глубиной обратной связи в представленном амплитудном детекторе.

     Заключение

В заключение необходимо отметить, что нелинейные искажения, вносимые представленным здесь амплитудным детектором с отрицательной обратной связью, возможно, ещё меньше, чем были измерены измерительными приборами. Ведь измеренные значения коэффициента нелинейных искажений и среднеквадратичное отклонение аппроксимирующей прямой от передаточной характеристики оказались в несколько раз меньше значений максимальной погрешности использованных измерительных приборов, указанных в прилагаемой к ним технической документации.

Литература:

  1. Титце У., Шенк К., «Полупроводниковая схемотехника»; перевод с немецкого; Москва, издательство «Мир», 1982., стр.44;
  2. Титце У., Шенк К., «Полупроводниковая схемотехника»; перевод с немецкого; Москва, издательство «Мир», 1982., стр.42;
  3. Титце У., Шенк К., «Полупроводниковая схемотехника»; перевод с немецкого; Москва, издательство «Мир», 1982., стр.72.

Ключевые детекторы в детекторных радиоприемниках

Значительный «прорыв» в области усовершенствования AM детекторов сделали М. Балашов и В. Беляков]. Они совсем отказались от диодов, заменив их управляемыми транзисторными ключами. Схема ключевого транзисторного детектора показана на рис. 1а. Она напоминает схему преобразователя напряжения, включенного «наоборот»: высокочастотный сигнал подается на выход преобразователя, а продетектированный снимается с его входа.

Для управления транзисторами имеются вспомогательные обмотки связи III и IV, напряжения на которых поочередно открывают транзисторы VI и V2. Через открытые переходы коллектор - эмиттер полуволны сигнала со вторичной обмотки ВЧ трансформатора Т1 передаются в нагрузку. При наличии конденсатора напряжение на нагрузке сглажено, но, вероятно, появляются значительные коммутационные токи через транзисторы.

Тем не менее ключевой транзисторный детектор имеет ряд преимуществ сравнительно с диодным двухполупериодным детектором. Его амплитудная характеристика (кривая 1 на рис. 16) более линейна, чем у диодного детектора (кривая 3), и имеет большую крутизну.

принципиальная схема

Рис.1. Ключевой транзисторный детектор а - схема, б - амплитудные характеристики

При инверсном включении транзисторов, когда выводы эмиттера и коллектора меняются местами, наблюдается дальнейшее повышение крутизны характеристики и увеличение ее линейности. Эти преимущества объясняются тем, что сопротивление перехода коллектор-эмиттер меньше прямого сопротивления диода при тех же значениях входного напряжения.

При испытаниях ключевого детектора использовался трансформатор Т1 на двух сложенных вместе кольцах типоразмера К7х4х2 из феррита 600НН. Обмотка I содержала 75 витков провода ПЭВ 0,11, обмотка II - 2x45, обмотки III и IV - по 15 витков того же провода. Двухполупериодный детектор на диодах Д9Б (для сравнения) подключался к обмотке И. В ключевом детекторе, хорошо работают транзисторы ГТ108Г, ГТ109В, ГТ109Г, ГТ115В-Д и другие германиевые с коэффициентом передачи тока 100-200.

принципиальная схема

Рис.2. Принципиальная схема приемника с ключевым детектором.

Практическая схема приемника дана на рис. 2. В антенной цепи установлен переключатель S1, позволяющий переходить с последовательной схемы настройки на параллельную, для перестройки по частоте служит КПЕ С1. Катушки неподвижно закреплены на ферритовом стержне от магнитной антенны радиоприемника «Альпинист-405», причем секции обмотки I размещены ближе к краям, а обмотки II—IV в середине стержня. Индуктивность контурной катушки (обмотка I) можно изменять скачками, переключателем S2. Число витков изменяется от 17 до 125. Обмотка II содержит 2x15 витков, базовые обмотки - по 10 витков провода ПЭВ 0,18-0,44. Точками на схеме обозначены начала обмоток, все они наматываются в одну сторону. Полярность включения существенна по самому принципу работы детектора.

Выходной трансформатор намотан на пермаллоевом сердечнике 1118x10. Обмотка I содержит 1650 витков ПЭВ 0,1, обмотка II - 165 витков ПЭВ 0,59. Гнезда ХЗ служат для подключения телефонов при приеме удаленных станций. Весь приемник собран в корпусе трансляционного громкоговорителя, автор рекомендует головки ЗГД-Э8Е, 4ГД-8Е, 4ГД-35. Приемник обеспечивал громкоговорящий прием радиостанции на частоте 173 кГц в 60 км от Москвы с антенной длиной 20 м и высотой подвеса около 18 м.

Анализируя полученные авторами результаты, заметим, что детектор работает при очень низком сопротивлении нагрузки (470 Ом), а следовательно, и при низком входном сопротивлении детектора. В этих условиях ключевой детектор, действительно, должен давать значительный выигрыш в коэффициенте передачи мощности, то есть в КПД. Оценим, примерно, уровень мощности сигнала, при котором снимались характеристики рис. 1. При максимальном выходном напряжении 0,3 В и сопротивлении нагрузки 470 Ом ток составит 0,64 мА и мощность 0,2 мВт. Этого едва достаточно для громкоговорящего приема.

Диодный детектор лучше работает при высоких сопротивлениях нагрузки, малых токах и значительных напряжениях. Ту же мощность можно получить при напряжении, скажем, 2 В, токе 0,1 мА и сопротивлении нагрузки 20 кОм. В этих условиях амплитудная характеристика диодного детектора достаточно линейна, а прямое сопротивление диода не превосходит 0,5-1 кОм, что дает и небольшие потери. При больших уровнях мощности потери в диодном детекторе еще меньше - вспомните про выпрямители, работающие с КПД почти 100%.

Тем не менее автор вовсе не является категорическим сторонником диодных детекторов, немало экспериментов было проведено и с транзисторами. Одна из удачных схем транзисторного детектора приведена на рис. 3.

принципиальная схема

Рис.3. Приемник с детектором на транзисторе.

Работает детектор следующим образом: положительные полуволны сигнала с катушки связи L2 открывают переход база - эмиттер транзистора и создают на базе, благодаря цепочке R1C1, небольшое положительное смещение. Теперь транзистор работает в режиме отсечки, открываясь лишь на вершинах положительных полуволн сигнала.

В приемниках с транзисторными детекторами использовалась ДВ катушка магнитной антенны транзисторного приемника (около 250 витков). Катушка связи L2 имеет 40-60 витков на отдельном каркасе, чтобы его передвижением по ферритовому стержню можно было регулировать связь.Коллектор при этом оказывается под отрицательным напряжением относительно базы и эмиттера, и практически весь импульс эмиттерного тока передается в коллекторную цепь. Там он сглаживается конденсатором С2, и продетектированный ток питает первичную обмотку выходного трансформатора.

принципиальная схема

Рис. 4. Характеристики транзистора при малых токах базы.

Чтобы выяснить, какая же именно часть эмиттерного тока ответвляется в коллекторную цепь, были сняты характеристики этого транзистора при малых токах базы (рис. 4). Оказалось, что даже при очень малых токах базы, коэффициент передачи тока Вст в схеме с ОЭ не падает ниже 20, а это означает, что 95% тока эмиттера поступает в коллекторную цепь, что и обеспечивает хороший КПД при детектировании. В экспериментах выяснилось, что при слабых сигналах транзистор может работать и без смещения, при замкнутой цепочке R1C1.

Источник: Поляков В. Т. - Техника радиоприема, простые приемники АМ сигналов.

Модуляторы. Детекторы. Параметрические цепи (16-18 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 8

При детектировании АМ-колебания резкое увеличение его ин­тенсивности приводит к снижению угла отсечки θ и, соответ­ственно, к тому, что напряжение на выходе детектора стремится к амплитуде АМ-колебания. Например, при коэффициенте амп­литудной модуляции mам, стремящемся к единице, угол отсечки θ возрастает и, соответственно, возрастает разность напряжений uAM(t)- uвых(t), что приводит к детектированию на начальном нелинейном участке ВАХ диода. В этом случае детектирование ста­новится квадратичным. При большой амплитуде АМ-колебания детектирование близко к линейному, поскольку осуществляется на линейном участке ВАХ диода.

Рис. 17.3. Зависимость напряжения на выходе амплитудного детектора    при различных постоянных времени ФНЧ

 Линейный амплитудный де­тектор можно построить, ис­пользуя, например, биполярный транзистор (рис. 17.4). Подобные детекторы называются коллек­торными.

Рис. 17.4. Линейный амплитуд­ный (коллекторный) детектор на БТ

На рис. 17.5 приведены диаг­раммы проходной характерис­тики транзистора, АМ-колеба­ния, импульса тока коллектора БТ и напряжения на выходе детектора, поясняющие работу коллекторного детектора на биполярном транзисторе. Коллекторный детектор состоит из биполярного транзистора VT, конден­сатора С и резистора R, образующих ФНЧ. Между базой и эмиттером транзистора включается источник напряжения смещения Uсм и источ­ник напряжения  uAM(t) АМ-колеба­ния. Величина напряжения Uсм вы­бирается такой, чтобы рабочая точ­ка транзистора располагалась в на­чале линейного участка проходной характеристики транзистора (см. рис. 17.5, а). В этом случае положитель­ные полуволны АМ-колебания (см. рис. 17.5, б) будут открывать тран­зистор, вызывая появление импульсов коллекторного тока iк тран­зистора (см. рис. 17.5, в). Огибающая импульсов тока по форме напоминает огибающую АМ-колебания.

Рис. 17.5. Диаграммы проходной характеристики БТ (а), входного АМ-колебания (б),

импульса тока коллектора транзистора (в) и напряжения на выходе детектора (г)

Коэффициент детектирования коллекторного детектора

                                                             Kд= 0,318SR.                                               (17.3)

              При большом уровне сигнала на входе детектора проходную характеристику транзистора можно аппроксимировать прямой линией, что говорит о том, что крутизна транзистора Sимеет постоянное значение. В этом случае можно говорить, что и коэф­фициент детектирования (17.3) коллекторного детектора являет­ся постоянной величиной, а сам детектор — линейным устрой­ством.

              Как и для диодного детектора, выбор емкости конденсатора С и сопротивления Rв коллекторном детекторе должен отвечать условиям (17.1) и (17.2).

17.2. Детектирование частотно-манипулированных колебаний

              Частотно-модулированные колебания могут быть получены в соответствии как с непрерывными, так и с дискретными управ­ляющими сигналами. Кроме того, можно получить частотно-манипулированные колебания с одной боковой полосой. Все это требует определенных подходов к построению детекторов частот­но-манипулированных колебаний.

При детектировании манипулированных (дискретных) ЧМ-ко­лебаний можно использовать обычные амплитудные детекторы, построенные на базе полупроводникового диода (см. рис. 17.1) или биполярного транзистора (см. рис. 17.4). На рис. 17.6 приведена струк­турная схема детектора двоичных частотно-манипулированных ко­лебаний, а на рис. 17.7 приведены диаграммы двоичного частотно-манипулированного колебания, радиоимпульсов на выходе ПФ, амплитудных детекторов и выходного сигнала, поясняющие рабо­ту детектора двоичных частотно-манипулированных колебаний.

               Детектор включает два полосовых фильтра ПФ1 и ПФ2 (см. рис. 17.6), на входы которых подается двоичное частотно-манипулированное колебание uчм(t) (см. рис. 17.7, а). В этом колебании ло­гическая единица определяется радиоимпульсом с частотой за-

Рис. 17.6. Структурная схема детектора двоичных частотно-манипулиро­ванных колебаний

Рис. 17.7. Диаграммы двоичного частотно-манипулированого колебания (а), радиоимпульсов на выходе первого (б) и второго (в) ПФ, ампли­тудных детекторов первого (г) и второго (д), выходного сигнала (е) де­тектора

полнения ω1, а логический ноль — радиоимпульсом с частотой заполнения ω2. Соответственно ПФ1 настроен на выделение колеба­ний с частотой ω1, а ПФ2 — с частотой ω2. Таким образом, при появлении на входах полосовых фильтров колебаний частотой ω1 на выходе ПФ1 будут присутствовать радиоимпульсы (см. рис. 17.7, б), которые детектируются амплитудным детектором АД 1 (рис. 17.7, г). В эти моменты времени на выходе ПФ2 сигнал отсутствует. При появлении на входах полосовых фильтров колебаний с частотой ω2 радиоимпульсы будут присутствовать на выходе ПФ2 (см. рис. 17.7, в), которые детектируются амплитудным детектором АД2 (см. рис. 17.7, д). В эти моменты времени на выходе ПФ1 сигнал отсутствует.

С выходов амплитудных детекторов сигналы поступают на вычи­тающее устройство, на выходе которого формируется выходной сиг­нал uвых(t) (см. рис. 17.7, е).

17.3. Детектирование ЧМ-колебаний

При детектировании непрерывных ЧМ-колебаний возникает определенная сложность. В этих колебаниях изменяется только ча­стота в соответствии с модулирующим сигналом, а амплитуда остается постоянной. Детекторы для детектирования ЧМ-колеба­ний можно построить на базе нелинейных резисторов. Использо­вание этих элементов позволяет изменить спектральный состав входного сигнала, из которого и можно выделить низкочастотную составляющую сигнала при детектировании. Однако изменение спектрального состава сигнала связано с изменением интенсив­ности (амплитуды) этого сигнала, но никак не частоты, поэтому напрямую детектировать непрерывные ЧМ-колебания невозмож­но. При детектировании ЧМ-колебаний их можно предваритель­но преобразовать в АМ-колебания, которые в последующем и детектировать, используя амплитудные детекторы.

АМПЛИТУДНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ НА ОУ в устройствах на микросхемах

Амплитудный детектор представляет собой выпрямитель, на выходе которого включен накопительный конденсатор. Амплитудныйдетектор на ОУ представляет собой однополупериодный выпрямитель на ОУ, нагруженный на конденсатор.

В отличие от выпрямителей-детекторов, используемых для питания радиоэлектронных узлов, амплитудные детекторы предназначены для запоминания экстремальных значений входного сигнала.

В типовой схеме амплитудного детектора при возрастании уровня входного напряжения напряжение на накопительном конденсаторе С1 (рис. 16.1) возрастает. В случае последующего снижения уровня этого напряжения напряжение на конденсаторе С1 остается неизменным (т. е. запоминается). Заряд на конденсаторе сохраняется в течение времени, определяемого током утечки конденсатора, либо повышается при условии возрастания напряжения на входе устройства выше предыдущего экстремального значения [16.1,16.2].

Для того, чтобы произвести сброс заряда конденсатора С1, рис. 16.1, и подготовить устройство для последующего цикла работы используют импульс сброса, подаваемый на управляющий вход электронного ключа, например, полевого транзистора, подключенного параллельно накопительному конденсатору.

Двухкаскадный амплитудный детектор положительного уровня, рис. 16.2—16.4, представляет собой более совершенное устройство: он

Рис. 16.4. Схема модифицированного двухкаскадного амплитудного детектора с цепью сброса

Рис. 16.3. Схема модифицированного амплитудного детектора

Усовершенствования схем амплитудных детекторов коснулись и цепей сброса накопительного конденсатора. Одна из подобных схем приведена на рис. 16.4 [16.2].

содержит повторитель напряжения на микросхеме DA2. Это минимизирует влияние сопротивления нагрузки на саморазряд накопительного (запоминающего) конденсатора С1. Одновременно повышается точность преобразования.

Для снижения токов утечки конденсатора С1 через обратносмещенный диод VD2 в схеме модифицированного амплитудного детектора, представленной на рис. 16.3, использован дополнительный диод VD3 и резистор R3 [16.2].

Практическая схема милливольтметра переменного тока на микросхеме DAI NE531 с использованием прецизионного выпрямителя приведена на рис. 16.5 [16.3].

Для использования в бытовой радиоаппаратуре была разработана специализированная микросхема К157ДА1. Микросхема представляла собой двухканальный двухполупериодный выпрямитель среднего уровня аудиосигналов для использования в звуковоспроизводящей стереофонической аппаратуре. В состав микросхемы К157ДА1 (рис. 16.6, [16.4]) входили:

♦    два идентичных канала, содержащих предусилитель на ОУ и преобразователь двуполярного сигнала;

♦  схема стабилизации питающего напряжения.

Питание микросхема могла получать от двуполярного источника напряжения ±(3—20) В при суммарном потреблении тока при отсутствии входного сигнала до 1,6 мА. Коэффициент усиления микросхемы по напряжению при напряжении питания ±15 В — 7—10 до верхней границы частоты не ниже 100 кГц. Выходное напряжение — до 9 В при токе нагрузки 2,5—6,0 мА. Выводы 8 и 14 микросхемы — выводы делителя обратной связи. Выводы 9 и 13 — выводы детектора для соединения с общей шиной (рис. 16.6).

Пример использования микросхемы К157ДА1 для индикации уровня аудиосигнала стереофонического усилителя приведен на рис. 16.7 [16.4].

Поскольку двуполярное питание микросхемы малоприемлемо при ее работе в нестационарных условиях, для однополярного питания микросхемы К157ДА1 была предусмотрена схема включения, приведенная на рис. 16.8 [16.4].

Устройство обеспечивает одноканальную регистрацию квазипиковых значений входного сигнала. Время интеграции определяется RC-произведением интегрирующей цепочки и для приведенных на рис. 16.8 номиналах близка 10 мс. Время разряда конденсатора СЗ примерно равно 300 мс.

Рис. 16.7. Типовая схема включения микросхемы К157ДА1 в качестве двухканального двухполупериодного выпрямителя среднего значения аудиосигнала

Рис. 16.8. Типовая схема включения микросхемы К157ДА1 при однополярном питании

Рис. 16.9. Схема индикатора среднего значения сигнала на микросхеме К157ДА 7

Для измерения среднего уровня сигнала, более точно отвечающего слуховому восприятию и оценке громкости сигнала, может быть использован индикатор, схема которого представлена на рис. 16.9 [16.4]. Коэффициент преобразования микросхемы в таком включении около 50 мкА/В, его можно регулировать подстройкой потенциометра R2.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

Демодулятор огибающей

AM »Электроника

Диодный детектор - это простейшая форма детектора или демодулятора, используемая для демодуляции AM - он обнаруживает огибающую AM сигнала.


Амплитудная модуляция, AM Учебное пособие включает:
Амплитудную модуляцию, AM Основная теория и формулы AM Полоса пропускания AM и боковые полосы Индекс модуляции и глубина AM эффективность Демодуляция / обнаружение AM Диодный детектор Синхронный детектор Модуляторы AM Одна боковая полоса, SSB SSB демодуляция

Форматы модуляции: Типы и методы модуляции Модуляция частоты Фазовая модуляция Квадратурная амплитудная модуляция


Диодный детектор - это простейшая и базовая форма амплитудной модуляции, детектор AM-сигнала, который определяет огибающую AM-сигнала.

Диодный детектор AM может быть построен только из диода и нескольких других компонентов, и в результате это очень недорогой схемный блок в общем приемнике. На заре радио эти детекторы сигналов были сделаны с использованием дискретных компонентов, но современные радиоприемники будут использовать интегральные схемы со встроенными детекторами.

Благодаря своей стоимости и удобству, диодный детектор огибающей AM уже много лет широко используется в транзисторных портативных радиоприемниках.

Хотя его простота была основной причиной его широкого использования, его характеристики не так хороши, как другие типы детекторов / демодуляторов AM, особенно в отношении уровней искажений.

Не только базовый детектор AM диодного сигнала используется для обнаружения огибающей AM, но также широко используется в радиочастотных схемах в целом для определения уровня сигнала.


Основы диодного детектора AM

Диодный детектор AM - это детектор огибающей - он обеспечивает вывод огибающей сигнала. Таким образом, диодный детектор или демодулятор может обеспечивать выходной сигнал, пропорциональный амплитуде огибающей амплитудно-модулированного сигнала.

Typical transistor radio that uses a diode envelope detector for AM signals Типичный транзисторный радиоприемник с использованием диодного детектора огибающей

Как следует из названия, основным компонентом диодного детектора AM является полупроводниковый диод, хотя во времена ламповых / ламповых технологий также использовались диоды, использующие эту форму технологии.

Сигнальный диодный детектор состоит из двух основных элементов схемы:

  • Диод / выпрямитель: Диод в детекторе служит для усиления одной половины принимаемого сигнала по сравнению с другой.Во многих случаях для этого типа детектора используются диоды Шоттки, поскольку уровни сигнала могут быть низкими, а диоды Шоттки имеют гораздо более низкое напряжение включения (обычно около 0,2 В), чем стандартные кремниевые диоды (обычно около 0,7 или 0,7 В).
  • Фильтр нижних частот: Фильтр нижних частот требуется для удаления высокочастотных элементов, которые остаются в сигнале после обнаружения / демодуляции. Фильтр обычно состоит из очень простой RC-цепи, но в некоторых случаях его можно получить, просто полагаясь на ограниченную частотную характеристику схемы, следующей за выпрямителем.Поскольку конденсатор в цепи сохраняет напряжение, выходное напряжение отражает пик формы волны. Иногда эти схемы используются как пиковые детекторы.

    При выборе емкости конденсатора, используемого в схеме, он должен быть достаточно большим, чтобы удерживать пик формы волны РЧ, но не настолько большим, чтобы ослаблять любую модуляцию сигнала, то есть он должен действовать как фильтр для РЧ сигнала. несущая, а не модуляция звука.

Circuit of an envelope detector as used in an AM radio receiver. Схема детектора огибающей, используемого в радиоприемнике AM.

Схема обычно имеет относительно высокий импеданс источника. При подключении цепи к следующему этапу цепи следует проявлять осторожность, чтобы не приземлить детектор слишком сильно, иначе работа будет нарушена.

Обычно через конденсатор подключается резистор - это может быть нагрузка следующего каскада, регулятор громкости или резистор в цепи. Этот уровень должен быть определен путем расчета постоянной времени конденсатора и нагрузки. Это должно быть между радиочастотным сигналом и аудиомодуляцией, чтобы радиочастотная составляющая удалялась удовлетворительно, но звуковая модуляция оставалась нетронутой.

В этой схеме стоит отметить, что вторичная обмотка трансформатора обеспечивает возврат постоянного тока на землю. Иногда, когда детектор AM-сигнала используется с подключением конденсатора к предыдущему каскаду, тогда на входе необходимо использовать резистор или дроссель (индуктор) на землю, чтобы обеспечить обратный путь постоянного тока. В противном случае схема не будет работать правильно.

Capacitor coupled envelope signal detector showing resistor providing DC return path. Конденсаторный детектор сигнала огибающей, показывающий резистор, обеспечивающий обратный путь постоянного тока.

Значение резистора на входе, обеспечивающем обратный путь постоянного тока, обычно критично, но оно может помочь обеспечить требуемое согласование без поглощения слишком большого сигнала.

Процесс обнаружения диода AM

При выпрямлении ВЧ-сигнала диодный детектор AM обеспечивает выходной сигнал, эквивалентный огибающей одной половины сигнала, то есть это детектор огибающей.

Принимая во внимание работу диодного детектора, его иногда называют детектором огибающей.

Входящий амплитудно-модулированный радиочастотный сигнал состоит из формы волны как положительного, так и отрицательного выходного напряжения, как показано. Ни один звуковой преобразователь на это не реагирует.

AM diode envelope detection process. Процесс обнаружения огибающей диода AM.

Диодный детектор огибающей выпрямляет форму волны, оставляя только положительную или отрицательную половину формы волны.

Высокочастотный элемент этого затем фильтруется, как правило, с использованием конденсатора, который формирует фильтр нижних частот и эффективно `` заполняет '' высокочастотные элементы, оставляя форму волны, на которую может реагировать преобразователь, такой как пара наушников или громкоговоритель. преобразовывать в звуковые волны.

Согласование импеданса

Часто бывает необходимо, чтобы диодные детекторы огибающей, используемые в различных схемах, были согласованы с импедансом 50 Ом.

Базовая схема, состоящая из диода, нагрузочного резистора и сглаживающего конденсатора, никогда не будет соответствовать 50 Ом. Если диод детектора находится во включенном состоянии, сопротивление цепи будет меньше 50 Ом.

Чтобы решить эту проблему, обычно используют трансформатор импеданса, чтобы обеспечить оптимальное согласование и наилучшие общие характеристики схемы.

Достоинства и недостатки диодного детектора огибающей

Детектор огибающей диода АМ успешно используется в течение многих лет.

Преимущества детектора конверта:

  • Низкая стоимость: Диодный детектор требует использования лишь нескольких недорогих компонентов. Это сделало его идеальным для использования в транзисторных (и ламповых / вакуумных) радиоприемниках с использованием дискретных компонентов.
  • Простота: Диодный AM-детектор с очень небольшим количеством компонентов было легко реализовать. Это было надежно и не требовало настройки.

Недостатки детектора конвертов:

  • Искажения: Поскольку диодный детектор является нелинейным, он вносит искажения в обнаруженный звуковой сигнал.
  • Избирательное замирание: Одна из проблем, часто возникающих в коротких и средних диапазонах волн, где расположены передачи AM, - это избирательное замирание. Детектор огибающей диода не в состоянии бороться с этим воздействием так, как это могут делать некоторые другие детекторы, и в результате возникает искажение, когда происходит селективное замирание.
  • Чувствительность: Диодный детектор не такой чувствительный, как некоторые другие типы.Если используются кремниевые диоды, они имеют напряжение включения около 0,6 вольт, в результате используются германиевые диоды или диоды Шоттки, которые имеют более низкое напряжение включения примерно от 0,2 до 0,3 вольт. Даже при использовании диода Шоттки детектор огибающей диода по-прежнему страдает низким уровнем чувствительности.

Детектор с диодной огибающей AM существует уже много лет. Он получил широкое распространение. Хотя в наши дни амплитудная модуляция используется реже, и другие формы AM-детектора могут быть легко включены в интегральные схемы, простой диодный детектор все же имеет некоторые преимущества.

Другие важные темы по радио:
Радиосигналы Типы и методы модуляции Амплитудная модуляция Модуляция частоты OFDM ВЧ микширование Петли фазовой автоподстройки частоты Синтезаторы частот Пассивная интермодуляция ВЧ аттенюаторы RF фильтры Типы радиоприемников Радио Superhet Избирательность приемника Чувствительность приемника Обработка сильного сигнала приемника
Вернуться в меню тем радио.. .

.

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИЯ С БЮТ-УСИЛИТЕЛЕМ И ДИОДОМ-ДЕТЕКТОРОМ | Мини-проекты | Учебник по электронике |

МОДУЛЯЦИЯ И ДЕМОДУЛЯЦИЯ АМПЛИТУДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ BJT-УСИЛИТЕЛЯ И ДИОДА ДЕТЕКТОР

Аннотация. В этом проекте исследуется надежная конструкция амплитудной модуляция и демодуляция с использованием усилителя BJT и диодного детектора

.Учитывая трудности, с которыми сталкивается дизайнер в плане аппаратное обеспечение для разработки таких систем мы использовали систему, которая использует меньше оборудования для этого процесса.Мы написали код ngspice для модулятор и демодулятор согласно принципиальной схеме и смоделировал это в ngspice.

1. ВВЕДЕНИЕ

Раньше амплитудная модуляция была самым простым методом. используется для передачи аналоговых сигналов. Главное преимущество, которое получил Внимание дизайнеров было связано с связанной с этим простотой. Другой главное важное преимущество амплитудной модуляции состояло в том, что она могла передавать сигнал / сообщение / волну на большие расстояния.Итак, радиоканалы которые передают сигнал по всему миру, как vividh bharti, также использует амплитудная модуляция. Существуют разные виды амплитудной модуляции. как DSB-FC, SSB, SSB-SC, DSB-SC, VSB.

Здесь мы сделали моделирование с использованием DSB-SC. Мы подавили несущую потому что оператор не несет никакой информации, а потребляет мощность. SSB-SC и VSB являются улучшением DSB-SC, поскольку они не имеют носитель с ними, следовательно, требует меньше энергии. Они также требуют меньше пропускная способность.

2.КОНСТРУКЦИЯ МОДУЛЯТОРА Модулятор:

Рис.1-схема амплитудного модулятора

Модуляция определяется как процесс, при котором некоторые характеристики сигнал несущей изменяется в соответствии с модулирующим сигналом. В сигнал основной полосы частот называется модулирующим сигналом, а выходной сигнал процесса модуляции называется сигналом модуляции. Амплитуда модуляция определяется как процесс, в котором амплитуда несущая колеблется относительно средних значений линейно с основной полосой сигнал.

Огибающая модулирующей волны имеет ту же форму, что и основная полоса сигнал при соблюдении следующих двух требований

1. Несущая частота fc должна быть намного больше максимальной частотные составляющие fm сигнала сообщения m

(t) т.е. fc >> fm

2. Индекс модуляции должен быть меньше единицы. если модуляция больше единицы, несущая волна становится сверхмодулированной.

Расчеты:

Amax = 785 мВ

Амин = 511 мВ

Индекс модуляции (μ) = + - =.2114

Поскольку µ <1, мы можем получить сигнал сообщения после демодуляции без потери информации.

Рабочий:

Здесь мы использовали двухполосную несущую (DSB-C) для модуляции. целей.

Источник с именем Vm генерирует сообщение для передачи. Это амплитуда 2 В и частота 1 кГц. Принцип работы схемы выглядит следующим образом: Как мы видим, у нас есть простой усилитель с общим эмиттером топология из-за байпасного конденсатора Cb, подключенного к эмиттеру транзистор, насколько малосигнальный режим считается.Но дело в том, что мы подключили сигнал сообщения к ветке в обход конденсатора мы постоянно меняем точку смещения транзистор в соответствии с нашим сигналом сообщения. Итак, мы можем сказать, что у нас есть переменный коэффициент усиления, так как коэффициент трансмиссии транзистора меняется. затем мы фильтруем его верхними частотами с помощью конденсатора Cc.

3. КОНСТРУКЦИЯ ДЕМОДУЛЯТОРА

Демодулятор:

Рис.2 - схема демодуляции

Процесс обнаружения обеспечивает средства восстановления модулирующего Сигнал от модулирующего сигнала.

Демодуляция - это процесс, обратный модуляции. Схема детектора используется для разделения несущей и устранения боковых полос. Поскольку огибающая AM-волны имеет ту же форму, что и сообщение, независимо от несущей частоты и фазы, демодуляция может быть осуществляется извлечением конверта.

Глубина модуляции (индекс модуляции) на выходе детектора больше zunity (µ> 1) и сопротивление цепи меньше, чем сопротивление цепи нагрузка (Rl> Zm) приводит к отсечению отрицательных пиков модулирующего сигнал.Это называется «негативное отсечение».

Чтобы понять это, мы можем разделить его на два блока:

-Основной детектор конверта; однополупериодный выпрямитель с фильтрующим конденсатором (диод D1, резистор R2, конденсатор C2)

-Фильтр верхних частот (конденсатор С1, резистор R1)

Детектор основного конверта: КОД МОДУЛЯТОРА NGSPICE:

С помощью диода D1 и резистора R2 мы полуволново выпрямляем сигнал.затем с конденсатором фильтра мы пытаемся проследить огибающую сигнала. Решающим моментом при разработке этой схемы является то, что мы должны выбрать Постоянная времени RC, чтобы она не была слишком маленькой, чтобы избежать чрезмерного разрядов между пиками, и нам не нужно выбирать его слишком большим, чтобы позволяют конденсатору следовать за сигналом.

Подводя итог, вот интервал, в котором мы должны выбрать RC постоянная времени:

1 / Ï ‰ c << RC <1 / (2Ï € B) где B - полоса пропускания сообщения сигнал.Поскольку мы использовали однотональный сигнал сообщения, мы можем заменить B пользователя fm. Итак, давайте сделаем расчет:

0,318 мкс << RC <0,159 мс

Мы выбрали RC как:

100 кОм * 0,001 мкФ = 0,1 мс

КОД ДЕМОДУЛЯТОРА NGSPICE:

Таблица 1: Значения различных компонентов

В разработке модулятора участвовали:

Обозначения

Компоненты

Расчетные значения

Vcc

Блок питания

30 В

Vc

Перевозчик

500 кГц, 50 мВ

Vm

Messege

1 кГц, 2 В

Ib

Базовый ток

12 мкА

Т.е.

Коллекторный ток

1.2 мА

R1

Пот. Делитель

сопротивление1

20 кОм

R2

Pot.разделитель

сопротивление1

10 кОм

Re

Сопротивление эмиттера

10 кОм

Cb

Конденсатор связи

0.01 мкФ

куб.см

Конденсатор связи

0,001 мкФ

CE

Байпасный конденсатор

0,1 мкФ

.Простая схема детектора лжи

на транзисторах

С электроникой

всегда было весело играть, когда мы узнаем самые основы того, как работает каждый компонент и как использовать их в нашей схеме, довольно легко спроектировать, смоделировать и воплотить наши идеи в Печатная плата. В этом проекте давайте создадим простую забавную схему, проанализируем ее, а затем изготовим печатную плату, чтобы улучшить нашу кривую обучения. Концепция схемы детектора лжи заключается в том, что мы предполагаем, что, когда человек лжет, он как бы накачивает уровень своего беспокойства, что заставляет его потеть и выделять влагу на коже.Затем мы используем эту часть схемы, чтобы определить, есть ли влага на его коже, и на основе результата, который мы светимся и светимся светодиодом, зеленый цвет означает правду, а красный - ложь. Конечно, да, это нельзя назвать детектором лжи, но вы можете использовать его, чтобы играть с друзьями и веселиться. Более того, вы можете чему-то научиться. Итак, приступим…

Необходимые материалы:

  1. Хлебная доска
  2. BC547 Транзистор (3 номера)
  3. Светодиод (2 шт.)
  4. Конденсатор (100 нФ)
  5. Резисторы (1М, 10К, 470, 47К)
  6. Потенциометр (50K или 100K)
  7. Соединительные провода

Принципиальная схема и пояснения:

Давайте не будем сразу переходить к принципиальной схеме.Дайте себе минуту подумать, какой на самом деле будет схема детектора лжи . Итак, у нас есть два светодиода, которые нужно включать или выключать в зависимости от измеренного сопротивления (связанного с влажностью) между двумя пальцами. Как мы можем с этим справиться?

Поскольку мы переключаем светодиоды, очевидно, что нам нужны транзисторы, и значение резистора, измеренное между двумя пальцами, не будет сильно отличаться в зависимости от влажности, поэтому нам нужен какой-то усилитель, который также можно было бы сделать с использованием транзистора.Достаточно подсказок! попробуйте что-нибудь самостоятельно, а затем посмотрите на схему ниже:

Simple Lie Detector Circuit diagram

Это схема, которую мы собираемся использовать. Разъем P3 предназначен для напряжения питания (2 - +9 В, 1 - земля). Подушечки P1 и P2 - это место, куда вы должны положить пальцы. Теперь давайте проанализируем это, чтобы понять, как это работает.

Если вы присмотритесь, то обнаружите, что транзисторы Q3 и Q1 определяют состояние светодиода D2, а транзистор Q2 определяет состояние светодиода D1.Резистор R5 и R6 образуют делитель потенциала , в котором значение R6 подвергается изменению, поскольку на нем имеются контактные площадки P1 и P2. Таким образом, всякий раз, когда помещаются пальцы, значение R6 будет изменяться. Это изменение влияет на базовое напряжение транзистора Q3. Транзисторы Q3 и Q1 соединены как пара Дарлингтона , поэтому небольшое изменение базового напряжения Q3 повлияет на Q1. Следовательно, в зависимости от сопротивления пальца транзисторы Q1 и Q3 решат, включить или выключить светодиод D2.

Светодиод D2 включается, только если транзистор Q1 включен, но когда этот транзистор включается, напряжение на базе транзистора Q2 будет низким, поэтому светодиод D1 останется выключенным. Напряжение базы транзистора Q2 можно контролировать с помощью потенциометра (50 кОм). Таким образом, вы можете использовать этот потенциометр для установки чувствительности цепи .

Lie Detector Circuit hardware implementation

Принцип работы схемы детектора лжи:

Указанная выше схема была смоделирована в ISIS Proteus, чтобы проверить, работает ли она должным образом.Всегда рекомендуется тестировать вашу схему с помощью моделирования, прежде чем строить ее. При моделировании предполагается, что резистор R6 является сопротивлением пальца. Когда палец не помещен, сопротивление резистора бесконечно. Итак, смоделируйте это условие, которое я только что упомянул, значение - 99999K.

Lie Detector Circuit operation for true

Зеленый светодиод загорается, когда палец не помещен , потому что базовое напряжение Q1 и Q2 составляет примерно 3,2 напряжения, и, следовательно, транзистор заставляет зеленый светодиод светиться.В то же время, поскольку транзистор Q2 включен, базовое напряжение на транзисторе Q3 падает до 1,4 В, что удерживает транзистор Q3 в выключенном состоянии, и, следовательно, красный светодиод выключен.

Теперь предположим, что мы приложили палец к резистору R4, и, следовательно, значение R6 упадет до 50 Ом. Это повлияет на номинал резистора R4 и, следовательно, красный светодиод будет светиться , как показано ниже.

Lie Detector Circuit operation for false

Теперь падение напряжения на резисторе R4 меньше, и, следовательно, базовое напряжение транзисторов Q1 и Q2 составляет почти 0 В, как показано выше.Это будет держать их выключенными, и зеленый светодиод не будет гореть. Но поскольку транзистор Q2 выключен, все напряжение питания делится между резистором R1 и базой Q3. Это делает базовое напряжение Q3 равным 3 В, чего достаточно для его включения. Вы можете еще немного настроить базовое напряжение, используя потенциометр. Если транзистор Q3 включен, красный светодиод также будет гореть, как показано выше.

Проверка цепи с помощью макета:

Как было сказано ранее, мы собираемся изготовить печатную плату для этого проекта детектора лжи .Хотя моделирование работает, как ожидалось, новичкам всегда рекомендуется протестировать схему с использованием макета, прежде чем фактически изготовить печатную плату. Таким образом, вы можете убедиться, что схема работает должным образом, а компоненты также доступны и работают. Моя тестовая схема на макетной плате выглядела примерно так: ниже

Lie Detector Circuit on breadboard

Когда вы будете удовлетворены сборкой макетной платы, пора переходить к печатной плате.

Проектирование схем и печатных плат с использованием EasyEDA:

Для разработки схемы детектора лжи мы выбрали онлайн-инструмент EDA под названием EasyEDA.Раньше я много раз использовал EasyEDA и нашел ее очень удобной в использовании, так как у нее хорошая коллекция следов и открытый исходный код. Ознакомьтесь со всеми нашими проектами печатных плат. После проектирования печатной платы мы можем заказать образцы печатной платы в их недорогих услугах по изготовлению печатных плат. Они также предлагают услуги по подбору компонентов, когда у них есть большой запас электронных компонентов, и пользователи могут заказывать необходимые компоненты вместе с заказом печатной платы.

При разработке схем и печатных плат вы также можете сделать свои схемы и печатные платы общедоступными, чтобы другие пользователи могли их копировать или редактировать и извлекать выгоду из этого. Мы также сделали общедоступными макеты всех схем и печатных плат для этого детектора лжи . схема , проверьте ссылку ниже:

https: // easyeda.com / circuitdigest / Lie_Detector_Circuit-7252ce09194f41c3a00fc32a97a0f73c

Вы можете просмотреть любой слой (верхний, нижний, верхний, нижний, шелковый и т. Д.) Печатной платы, выбрав слой в окне «Слои».

Вы также можете просмотреть печатную плату, как она будет выглядеть после изготовления, используя кнопку Photo View в EasyEDA:

Lie Detector Circuit PCB board using EasyEDA

Расчет и заказ образцов онлайн:

После завершения проектирования этой печатной платы детектора лжи вы можете заказать печатную плату через JLCPCB.com. Чтобы заказать печатную плату в JLCPCB, вам потребуется файл Gerber. Чтобы загрузить файлы Gerber для вашей печатной платы, просто нажмите кнопку Fabrication Output на странице редактора EasyEDA, а затем загрузите со страницы заказа печатной платы EasyEDA.

Теперь перейдите на JLCPCB.com и нажмите Quote Now or Buy Now button , затем вы можете выбрать количество печатных плат, которые вы хотите заказать, сколько слоев меди вам нужно, толщину печатной платы, вес меди и даже цвет печатной платы, как на снимке, показанном ниже:

Buy your printed PCB from JLCPCB

ordering pcb from jlcpcb upload gerber file

После того, как вы выбрали все параметры, нажмите «Сохранить в корзину», после чего вы попадете на страницу, где вы можете загрузить свой файл Gerber, который мы загрузили с EasyEDA.Загрузите свой файл Gerber и нажмите «Сохранить в корзину». И, наконец, нажмите «Оформить заказ», чтобы завершить заказ, и через несколько дней вы получите свои печатные платы. Они производят печатную плату по очень низкой цене - 2 доллара. Их время сборки также очень мало, что составляет 48 часов с доставкой DHL 3-5 дней, в основном вы получите свои печатные платы в течение недели с момента заказа.

ordering pcb from jlcpcb

После нескольких дней заказа печатных плат я получил образцов печатных плат в красивой упаковке , как показано на рисунках ниже.

JLCPCB Box

Packed PCB received from JLCPCB

И после того, как я получил эти детали, я припаял все необходимые компоненты к печатной плате и прикрепил к ней батарею на 9 В.

Self printed PCB from JLCPCB

Lie Detector Circuit PCB front-side Lie Detector Circuit PCB back-side

Lie Detector Circuit connections

Схема детектора лжи в действии:

После того, как вы собрали свою доску, пора немного повеселиться. Просто включите его от батареи 9 В, и вы увидите, что зеленый светодиод загорится высоким.Если вы закоротите два желтых провода, должен загореться зеленый светодиод и загореться красный. Если это так, значит, все работает должным образом. Теперь убедитесь, что на вашей руке немного влаги, и приложите палец к проводам, при этом зеленый светодиод должен загореться, а красный погаснуть. В противном случае отрегулируйте потенциометр, пока светодиод не станет красным.

Simple Lie Detector Circuit in action

Полную работу проекта можно найти в видео , приведенном ниже . Теперь, когда схема откалибрована и готова к розыгрышу.Поскольку мы использовали печатную плату, проект очень портативен, поэтому вы можете взять его с друзьями и весело провести время, используя его. Надеюсь, вы запустили проект и чему-то научились. Не стесняйтесь использовать раздел комментариев ниже, если у вас есть проблемы с тем, чтобы эта вещь работала.

.

NEW 1PC AD8302 ВЧ-детектор амплитуды и фазы | амплитуда | детектор-детектор RF

AD8302 RF-детектор амплитуды и фазы

ВЧ-детектор относительной амплитуды и фазы сигнала, использующий микросхему AD8302, представляет собой полностью интегрированную ВЧ-микросхему, два независимых входа для измерения амплитудные и фазовые сигналы. Рабочая частота устройства от низкой до 2,7 ГГц. Его можно использовать для обнаружения, измерения КСВН.

AD8302 включает в себя два близко согласованных широкополосных логарифмических усилителя, широкополосный линейный умножитель / фазовый детектор, 1.8В опорного напряжения точности и аналоговая схема операции вывода масштабирования. Диапазон входного сигнала -60 дБм до 0 дБм (эталонного импеданса 50 Ом), что соответствует динамическому диапазону 60дБ. Выход AD8302 обеспечивает точный диапазон измерения амплитуды в пределах +/- 30 дБ крутизны 30 мВ / дБ; диапазон измерения фазы от 0 до 180 °, крутизна 10 мВ / °.

AD8302 для РЧ / ПЧ монолитных измерений амплитуды и фазы, в основном состоит из двух близко соответствует логарифмической широкополосного детектора, фазовый детектор, выходной усилитель группы, блок смещения и широкого выбора буферов вывода источника опорного напряжения и т.д.компоненты, от низких до возможности одновременно измерять как амплитуду входного сигнала в диапазоне частот между 2,7 ГГц, так и соотношение фаз, могут применяться для измерения усилителя ВЧ / ПЧ, чем линейный, точный контроль мощности ВЧ, стоячая волна системы измерения и дистанционного мониторинга и диагностики и т. д.

AD8302 основной измеритель, контроль и компаратор уровня три вида работы, но его основная функция заключается в измерении амплитуды и фазы.Логарифмический детектор AD8302 с двумя значениями ширины позволяет измерять амплитуду в диапазоне до 60 дБ, независимо от диапазона фазового детектора до 180 °. Его уравнение для измерения амплитуды и фазы:

VMAG = VSLPLOG (VINA / VINB) + VCP

VPHS = VΦ [Φ (VINA) -Φ (VINB)] + VCP

Когда на выходе микросхемы выводится VMAG и Обратная связь VPHS напрямую с набором микросхем подключается к входным контактам MSET, и режим измерения микросхемы PSET будет работать на наклоне и в центре по умолчанию (точный масштабный коэффициент измерения амплитуды 30 мВ / дБ, точный масштабный коэффициент измерения фазы 10 мВ / градус, центральная точка 900 мВ).

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о