20 Измерение напряжений высокой частоты. Пиковые детекторы

Пиковые (амплитудные) детекторы. Пиковый детектор – это измерительный преобразователь, на выходе которого постоянная составляющая непосредственно соответствует пиковому значению напряжения на входе.

Принципиальные электрические схемы пиковых детекторов изображены на рис. 4.6,а – последовательный детектор с открытым входом и б – параллельный детектор с закрытым входом.

В пиковом детекторе с открытым входом постоянная составляющая выходного сигнала содержит постоянную составляющую входного сигнала, если таковая имеется. В детекторе же с закрытым входом постоянная составляющая выходного сигнала не содержит постоянной составляющей входного сигнала – для нее вход закрыт.

Пиковый детектор должен обязательно содержать элемент, запоминающий пиковое значение напряжения. Таким элементом обычно является конденсатор, заряжаемый до пикового значения через диод.

Остановимся на пиковом детекторе с открытым входом. Рассмотрим случай, когда на вход поступает синусоидальное напряжение.

В положительные полупериоды входного напряжения u_вх происходит заряд конденсатора С через малое прямое сопротивление диода R_д и внутреннее сопротивление источника R_i. В отрицательные полупериоды конденсатор разряжается через большое сопротивление R (рис. 4.7,а). Постоянная времени разряда много больше постоянной времени заряда. Поэтому напряжение на конденсаторе возрастает и через несколько периодов на обкладках устанавливается постоянное напряжение U_C (постоянная составляющая пульсирующего напряжения), почти равное амплитуде входного напряжения U_m. Поскольку U_c все же несколько меньше U_m вследствие разряда конденсатора во время отрицательного полупериода, то в течение времени, когда u_вх>U_c, через диод будут проходить импульсы тока, пополняющие заряд конденсатора.

Если на вход схемы подать напряжение в котором содержится как переменная, так и постоянная составляющие, то, очевидно, конденсатор С зарядится до напряжения, определяемого суммой постоянной и амплитуды переменной составляющих, т. е. до пикового значения напряжения. Таким образом, на выходе пикового детектора с открытым входом имеет место постоянное напряжение Uc, учитывающее как переменную, так и постоянную составляющие на входе. Для исключения пульсаций выходного напряжения на выходе включается фильтр нижних частот.

Пиковый детектор с закрытым входом (рис. 4.6,б). В течение нескольких положительных полупериодов u_вх конденсатор С заряжается через сопротивление диода R_Д, и внутреннее сопротивление источника R_i почти до амплитудного значения напряжения. Разряд происходит в отрицательные полупериоды через очень большое сопротивление R и внутреннее сопротивление источника R_i. Постоянная времени разряда намного больше постоянной времени заряда. Поэтому напряжение u_с за время отрицательного полупериода изменится очень мало. Заряженный конденсатор можно рассматривать как источник постоянного напряжения Uc≈U_m. На резисторе выделяется пульсирующее напряжение. Среднее значение этого напряжения примерно равно Um. Измерить его с помощью магнитоэлектрического прибора затруднительно, поскольку на низких частотах заметно колеблется стрелка. В связи с этим напряжение u_R сначала подается на фильтр нижних частот, который пропускает постоянную составляющую Uс≈U_m, а затем измеряется вольтметром постоянного тока.

Входные активные сопротивления у детекторов с открытым и закрытым входом не одинаковы:

Rвx откр=R/2, а Rвx закр=R/3.