Лабораторные практикумы / 2 Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемных устройств

Искажения, обусловленные избыточно большим значением постоянной времени фильт- duн

dt

при самых неблагоприятных условиях будет больше скорости изменения амплитуды

Для вычисления минимального значения переменной А найдем производную

Искажения напряжения на выходе детектора из-за слишком большого значения постоянной времени фильтра детектора будут отсутствовать при условии

Решив неравенство (12.15) по отношению к постоянной времени фильтра с учетом

(12.14) получим

соотношение, определяющее параметры фильтра с учетом свойств детектируемого сигнала.

Детектирование АМ сигнала при одновременном воздействии сильного немодулированного сигнала

Поскольку амплитудный детектор, выполненный по любой схеме (нелинейный, синхронный) функционально является перемножителем сигналов, то в результате воздействия двух сигналов его выходной ток будет содержать гармоники входных сигналов и ком-

650

бинационные составляющие, частоты которых определяются входным воздействием и их гармониками [3].

Предположим, что более слабый сигнал модулирован по амплитуде гармоническим сигналом, с частотой Ωм << Ωб , при постоянной амплитуде сильного сигнала Uс1 (не мо-

где Uc20 – напряжение несущего колебания.

Тогда спектр воздействующих на детектор сигналов вне зависимости от его реализации имеет вид (рис.12.42а)

Рис.12.42

Результатом перемножения слабого сигнала, обладающего амплитудной модуляцией (12.17), и сильного (с постоянной амплитудой Uc1 , рис.12.42а) является формирование по-

стоянной составляющей U ' c1, определяющейся амплитудой Uc1 (”опорного “ сигнала). Спектр “преобразованного” слабого АМ сигнала формируется на разностной частоте Ωб

(рис.12.42б), а составляющая с частотой огибающей UΩ является результатом перемножения каждой из боковых составляющих (например, с частотой ω02 −Ω и амплитудой 12 mUc20 с несущим колебанием с частотой ω02 и амплитудой Uc20 ).

Включенный после детектора фильтр нижних частот с граничной частотой Ωмах подавляет составляющую с частотой Ωб −Ω и другие составляющие спектра “преобразованного” сигнала.

651

Разложим выражение (12.19) в степенной ряд и найдем среднее значение выходного напряжения за период биений

Из формулы (12.21) следует, что среднее значение выходного напряжения детектора увеличивается за счет слабого сигнала Uc2. Это приращение пропорционально квадрату его амплитуды.

Если предположить, что оба сигнала одновременно имеют амплитудную модуляцию

Подставив выражения Uc1 и Uc2 в формулу (12.21) вычислим значения амплитуд вы-

ходного напряжения с частотами модуляции Ω1 и Ω2 . Полагая глубину модуляции по

значению малой, что часто справедливо для реальных условий, вычислим амплитуды составляющих полезного сигнала на выходе детектора

Как видно из выражения (12.24), выходное напряжение от воздействующего на входе детектора слабого АМ — сигнала зависит от амплитуды несущей частоты сильного сигнала и с увеличением Uc10 значение UcΩ2 уменьшается.

Приведенный анализ справедлив и в том случае, если в качестве сильного сигнала будет выступать напряжение гетеродина. В этом случае все входные сигналы, за исключением сигнала на частоте гетеродина (рис.12.37) fc = fг, будут создавать биения с колебаниями частоты гетеродина. В результате перемножения (детектирования) суммарного сигнала с напряжением гетеродина все составляющие будут перенесены на частоты биений, лежащие за пределами полосы пропускания фильтра нижних частот и будут подавлены фильтром.

Однако, вследствие асимметрии кривой биений, мешающие сигналы могут создавать низкочастотные составляющие, лежащие в пределах полосы пропускания фильтра. Амплитуда каждой составляющей тока детектора, кроме составляющей полезного сигнала, определяется формулой (12.24)

Очевидно, что при неограниченном увеличении амплитуды гетеродина Uг, составляющие мешающих сигналов в токе детектора могут быть сделаны сколь угодно малыми. При этом напряжение полезного сигнала на выходе детектора будет оставаться постоянным. Это обусловлено тем, что в режиме детектирования сильных сигналов напряжение на выходе детектора пропорционально изменению амплитуды суммарного сигнала. Это изменение определяется модуляцией полезного сигнала и не зависит от амплитуды гетеродина. Как видно из формулы (12.23) амплитуда напряжения на выходе детектора при воздействии на входе амплитудно-модулированного напряжения с несущей частотой, равной частоте гетеродина fc = fг определяется

UΩc = KДm01Uc0

652

где m01 - глубина модуляции напряжения с частотой f01 (рис.12.42а), Uc0 - амплитуда несущего колебания, подводимого к детектору.

С увеличением амплитуды гетеродина Uг увеличивается амплитуда суммарного напряжения Uc0 =Uг +Uc01 и уменьшается глубина модуляции суммарного напряжения m01 .

При этом произведение m01Uc0 остается постоянным и равным амплитуде переменной составляющей огибающей принимаемого сигнала

Таким образом, для частоты сигнала, несущая которого совпадает с частотой гетеродина, отношение сигнал/шум на выходе детектора увеличивается по сравнению с входным значением.

Косновным преимуществам синхронного приема следует отнести:

1.малые нелинейные искажения слабых сигналов, что обусловлено тем, что при при перемножении его с большим напряжением гетеродина обеспечивается переход детектора

врежим детектирования сильных сигналов;

2.избирательность по соседнему каналу достигается в тракте низкой частоты применением элементов с фиксированной настройкой;

3.основные показатели приемника не зависят от частоты принимаемого сигнала;

4.увеличение отношения сигнал/помеха на выходе детектора обеспечивается увеличением напряжения синхронного генератора.

Влияние параметров опорного генератора на свойства СД

Отмеченные преимущества синхронного детектора реализуются лишь при точной синхронизации частоты гетеродина с несущей частотой принимаемого сигнала и обеспечении условия безинерционной работы детектора. Расхождение частоты гетеродина и несущей частоты принимаемого сигнала приводит к появлению сильной помехи в виде тона биений, равного разности частот fc — fг.

Другим условием является обеспечение синфазности напряжений частоты несущего колебания и частоты гетеродина. Отсутствие фазирования приводит к уменьшению изменения амплитуды, а значит и выходного напряжения, суммарного сигнала.

Для входного сигнала с амплитудой немодулированного колебания Uc1 и синхронного с ним напряжения гетеродина с амплитудой Uг, обладающих сдвигом фаз φ, амплитуда суммарного напряжения UΣ по аналогии с (12.18) составляет:

UΣ = U 2г +U 2c1 + 2UгU cosϕ .

Вынося из под корня Uг получим

UΣ =Uг (1+ х)12 ,

Если входной сигнал обладает амплитудной модуляцией, огибающая которого изменяется по закону Uc1 =Uc10 (1+m1 sin Ω1t) , то амплитуда напряжения огибающей UΩ1 с час-

тотой Ω1 на выходе синхронного детектора будет равна:

653

Как видно из (12.25) , величина амплитуды полезного сигнала UΩ1 на выходе детектора достигает наибольшего значения

UΩ1max = m1Uc10 KД

при значении фазового сдвига между напряжением несущего колебания входного сигнала и напряжения гетеродина ϕопт = πn, гдеn Z .

При небольшом отличии напряжения несущего колебания входного сигнала и гетеро-

напряжения детектора равна нулю UΩ1 = 0 , т.е. при величине фазового сдвига между на-

пряжением несущего колебания входного сигнала и напряжения гетеродина составляющем π / 2 +ϕ происходит полное подавление полезного сигнала.

При постоянной разности фаз ϕ =ϕг −ϕс близкой к π / 2 , изменения амплитуды

суммарного сигнала, вызванные полезной модуляцией, близки к нулю. Это одновременно снижает и отношение сигнал/шум на выходе детектора.

8Литература

1.Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/ Н.Н.Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Головин и др.; Под ред. Н.Н. Фомина. – М.: Горячая линия -Телеком, 2007. – 520 с.

2.Амелин М.А., Амелина С.А. Программа схемотехнического моделирования MicroCap8. — М.: Горячая линия -Телеком, 2007. – 464 с.

3.Фриск В. В., Логвинов В. В. Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере. – М.: СО-

ЛОН-ПРЕСС, 2008. – 608 с.

4.Тимонтеев В.Н., Величко П.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигна-

лов в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и связь, 1982. — 112 с.

5.Павлов В.Г., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М.: Ра-

дио и связь, 1997. – 367 с.

6.Интегральные микросхемы: Справочник/ Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин и др.; Под ред. Б.В. Тарабрина. — М.: Энергоатомиздат, 1985. – 528 с.

7. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpiсe для схемотехнического моделирования на ПЭВМ, в 4-х вып. М.: Радио и связь, 1992.

8. Микроэлектронные аналоговые и аналого-дискретные устройства приема и обработки сигналов: уч. пособие для вузов/ Е.А.Богатырев; под ред. С.М.Смольского. – Издательский дом МЭИ, 2007.-264 с.

654

Оглавление

655