- •Содержание
- •1. Анализ исходных данных и выбор схемы амплитудного детектора
- •1.1Структурная схема и принцип детектирования
- •1.2 Выбор и анализ схемы амплитудного детектора
- •2. Расчет и моделирование амплитудного детектора
- •2.1 Выбор элементной базы и расчет элементов детектора
- •2.2 Моделирование с идеализированным источником амплитудно-манипулированного сигнала
- •2.3 Моделирование схемы детектора амплитудно-манипулированного сигнала
Содержание
АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ВЫБОР СХЕМЫ АМПЛИТУДНОГО ДЕТЕКТОРА….………………………………………...3
Структурная схема и принцип детектирования……..………………....3
Выбор и анализ схемы амплитудного детектора……………………....4
РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО ДЕТЕКТОРА......7
выбор элементной базы и расчет элементов детектора…………….…7
Моделирование с идеализированным источником амплитудно-манипулированного сигнала……………………………………………....10
Моделирование схемы детектора амплитудно-манипулированного сигнала ………………………………..………………………………….....16
Выводы по результатам моделирования….……………………………….....18
1. Анализ исходных данных и выбор схемы амплитудного детектора
1.1Структурная схема и принцип детектирования
Демодуляторы часто называют детекторами. Название «демодулятор» подчеркивает то, что процесс в детекторе (демодуляторе) обратный, процессу в модуляторе. Детектор выделяет полезную информацию из входного модулированного колебания, содержащего только высокочастотные составляющие: колебания несущей частоты и боковые полосы. На выходе же детектора (демодулятора) выделяется напряжение с низкочастотным спектром передаваемого сообщения (рис.1.1). Следовательно, детектирование сопровождается трансформацией (переносом) частотного спектра из области высоких частот в область низких частот. Поэтому детектирование это процесс, связанный с нелинейным преобразованием.
Рис.1.1 Процесс детектирования
В соответствии с видами модуляции различают демодуляторы аналоговых, аналого-импульсных и дискретных сигналов.
Детектирование представляет основной процесс приема модулированных колебаний, поскольку выделяемое в результате колебание представляет исходное, переданное. То есть при детектировании (демодуляции) выделяется исходное модулирующее колебание, несущее информацию.
Демодуляторы АМ - колебаний входят в состав детекторов ЧМ и ФМ колебаний, используемых в каналообразующих устройствах железнодорожной телемеханики и связи. Демодуляция АМ - колебаний - нелинейный процесс, поэтому она осуществляется с помощью устройств с нелинейной ВАХ: диодов, транзисторов и др. В зависимости от типа используемого нелинейного элемента, детекторы соответственно называются диодными, транзисторными и т.п. На рис 1.2 структурная схема детектора.
Рис 1.2 Структурная схема детектора
1.2 Выбор и анализ схемы амплитудного детектора
Чаще других в качестве нелинейного элемента в схемах амплитудного детектора используют диоды, а отсюда и название - диодные демодуляторы (рис.1.3). Они включают в своем составе; входной LkCk контур, выполняющий функции источника переменного сигнала, подаваемого на вход детектора; собственно нелинейный элемент - диод VD и низкочастотный фильтр детектора, выполненный на RC или LC элементах. Контур детектора связан с предыдущим каскадом приемника, в частности усилителя промежуточной частоты (УПЧ).
При подаче на контур переменного модулированного сигнала, вследствие нелинейности ВАХ диода, к которому приложено это напряжение, ток в цепи детектора будет содержать НЧ и ВЧ составляющие. Высокочастотные составляющие спектра сигнала замыкаются через конденсатор С фильтра, а низкочастотные составляющие (полезные информационные составляющие спектра) - через резистор R фильтра, создавая на нем падение напряжения, которое передается далее потребителю.
Поскольку в этой схеме диодного детектора постоянный ток проходит и через источник переменного напряжения (входной контур), то ее называют схемой детектора последовательного типа (рис.1.3).
Рис.1.3 Принципиальная схема детектора последовательного типа
Свойства детекторов оценивают по его параметрам и характеристикам, основными из которых являются коэффициент передачи напряжения Кд, входное сопротивление RBX, коэффициент нелинейных искажений, параметры детекторной и частотной характеристики.
Эти параметры и характеристики определяются по ВАХ диода (рис. 1.4), которая имеет на начальном участке резкий изгиб. Граница изгиба характеристики соответствует входному напряжению, при котором диод открывается (0,3 - 0,5) В. Вольт-амперная характеристика диода хорошо аппроксимируется квадратичной зависимостью i = au+bu2, где а и b - расчетные коэффициенты. Для малых входных сигналов работа детектора соответствует квадратичному участку ВАХ диода, а детекторы, работающие при малых входных сигналах называют квадратичными.
При возрастании входного напряжения Uвх > 0,3 В рабочий, квадратичный участок ВАХ диода переходит в линейный.
При больших уровнях входных сигналов, когда рабочий участок ВАХ диода лежит в линейной области характеристики, детектор называют линейным, хотя процесс детектирования нелинейный.
При больших амплитудах входного напряжения реальную ВАХ диода можно представить идеальной, состоящей из двух прямых образующих ломаную линию как это показано на рис. 1.3. Один участок характеристики совпадает с осью напряжения (абсцисс), а другой пересекает ее под углом, соответствующим крутизне линейной части реальной ВАХ. Аналитически идеальная ВАХ определяется зависимостью:
где - коэффициент пропорциональности.
Рис.1.4 Вольт-амперная характеристика диода
Рассмотрим работу линейного детектора для простейшего случая смодулированных входных колебаний высокой частоты ивх (t) = Um cos t, позволяющего определить основные параметры детектора. В этом случае детектор выполняет функции обычного однополупериодного выпрямителя. На его выходе, через резистор R будет протекать постоянный ток, создающий на нем постоянное напряжение Е, запирающее диод. Это напряжение меньше амплитуды входного напряжения Um. Графически процесс детектирования представлен на рис.1.5, в предположении, что .
Рис. 1.5 Процесс детектирования
В точке t1 напряжение , где параметр = t1 называется углом отсечки. Коэффициент передачи детектора
По сравнению с линейным, квадратичный детектор имеет следующие недостатки: меньшее входное сопротивление, большие нелинейные искажения, КД пропорционален квадрату амплитуды модулированного сигнала. Достоинством его является возможность приема более слабых сигналов. Для анализа работы квадратичного детектора, необходимо в ВАХ его диода i = au + bи2 подставить или немодулированное входное колебание uBX(t) = U cos t (U < 0,3В) или амплитудно-модулированное.
При модуляции одной частотой:
и после тригонометрических преобразований согласно ВАХ ток на выходе квадратического детектора может быть представлен как:
Первое слагаемое определяет полезный продукт детектирования - ток модулирующего, полезного сигнала, а второе вносит нелинейные искажения в детектируемый сигнал.
В связи с указанными достоинствами и недостатками различных видов диодных детекторов, в разработке амплитудного детектора будем использовать линейный детектор со схемой последовательного типа.