Электроника в вопросах и ответах

Если несущее колебание подавляется, а передаются только боковые полосы, то такой вид модуляции называется двух полосной, модуляцией с подавляемой несущей. Несущее колебание можно исключить путем использования балансного модулятора, примером которого служит кольцевой модулятор, состоящий из четырех диодов (рис. 11.5).

Рис. 11.5. Электрическая схема (а) и форма выходного сигнала (б) кольцевого модулятора

Четыре диода в этой схеме идентичны, а точки р и р' являются средними точками обмоток. Между точками р и р' включается источник модулирующего колебания, а к трансформатору Tp₁ подводится модулируемый' сигнал. Поскольку схема симметрична, на выходе отсутствуют модулирующий сигнал и сигнал несущего колебания. При наличии модулирующего сигнала высокочастотное напряжение на выходе схемы пропорционально мгновенному значению модулирующего сигнала. Анализируя такой сигнал, можно прийти к выводу, что он содержит только модуляционные боковые частоты f + F и f + F без несущей.

В приемнике амплитудно-модулированных сигналов с подавленной несущей эту несущую следует восстановить для того, чтобы можно было осуществить процесс обратный модуляции, т. е. детектирование. Для того чтобы упростить восстановление несущей в приемнике, ее устраняют из передаваемого сигнала не полностью, а частично. Поэтому такая система носит название «с подавляемой несущей».

Другая схема модуляции — это схема однополосной модуляции, в которой кроме частичного подавления несущей используется полное исключение нижней боковой полосы (рис. 11.6). Однополосная модуляция помимо большой энергетической эффективности, являющейся следствием подавления несущей, дает еще экономию полосы пропускания, используемой для передачи сигнала, поскольку снижает в 2 раза необходимую ширину полосы. Исключение боковой полосы осуществляется с помощью соответствующих фильтрующих схем либо более сложных схем с фазовращателями. Схему однополосной модуляции применяют в проводной связи и радиосвязи.

Рис. 11.6. Спектры амплитудно-модулированных сигналов при двухполосной (а) и однополосной (б) модуляции

Что такое детектирование?

Детектирование или демодуляция — это процесс, обратный модуляции, в результате которого из модулированного колебания получают модулирующий сигнал. Очевидно, что для каждого вида модуляции существует соответствующий ему вид демодуляции, например амплитудная демодуляция, частотная и т. п.

Процесс демодуляции используется в радиоприемниках и телевизорах, предназначенных для приема модулированных сигналов. В результате получают полезный сигнал, идентичный модулирующему сигналу в передатчике.

Каков принцип работы амплитудного детектора?

Задачей амплитудного детектора является перенос спектра модулирующего сигнала, расположенного около несущей частоты (в виде боковых полос), в полосу частот, первоначально занимаемую этим сигналом. Так же как и при модуляции, процесс детектирования требует использования устройства с нелинейной характеристикой. Разница по сравнению с модулятором заключается в том, что в детекторе сигнал с несущей частотой не подводится от отдельного источника, а содержится в самом сигнале. Если в сигнале несущая подавлена, как это происходит при однополосном сигнале, то она должна быть восстановлена в приемнике и добавлена к сигналу, подвергаемому детектированию.

Требуемую нелинейность характеристики детектора получают путем соответствующего выбора рабочей точки транзистора, лампы или диода. Принцип работы нелинейного (квадратичного) детектора на транзисторе можно пояснить с помощью схемы, представленной на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Схема детектора на транзисторе

Детектирование происходит после подачи модулированного колебания на базу транзистора. Из-за нелинейности входной характеристики в выходном колебании появляется составляющая, которая изменяется в такт с модулирующей частотой. Имеющийся сигнал высокой частоты устраняется с помощью RС-цепочки, образующей фильтр нижних частот. Из более подробного анализа выходного колебания следует, что помимо основной составляющей в нем действует составляющая с частотой второй гармоники модулирующего сигнала, пропорциональная глубине модуляции. Поэтому в результате детектирования возникают искажения полезного сигнала, которые оправдывают название этого типа детектирования (нелинейное детектирование), но одновременно ограничивают применение рассматриваемой схемы.

Как действует линейный диодный детектор?

Схема диодного детектора представлена рис. 11.8.

Рис. 11.8. Диодный детектор

Диод в этой схеме работает как выпрямитель напряжения высокой частоты. Входной амплитудно-модулированный сигнал подводится от резонансного контура, настроенного на несущую частоту и имеющего достаточную ширину полосы для выделения амплитудно-модулированного колебания. Диод как элемент с однонаправленным действием выпрямляет модулированное колебание, поэтому в нагрузку проходит только положительная полуволна сигнала. Если бы диод был включен в обратном направлении (катодом к резонансному контуру), то выпрямлялась бы отрицательная полуволна сигнала.

Если сопротивление диода r_д мало по сравнению с сопротивлением резистора R на выходе возникает напряжение, равное амплитуде входного сигнала. Постоянная времени RC подбирается таким образом, что высокочастотная составляющая отфильтровывается и на выходных зажимах действуют только постоянная составляющая и модулирующий сигнал. Постоянную составляющую можно устранить с помощью конденсатора, включенного последовательно с дальнейшей частью тракта, предназначенного для усиления сигнала, полученного в результате детектирования. На рис. 11.9 представлены последовательные этапы получения напряжения, соответствующего огибающей модулированного сигнала.

Рис. 11.9. Формы колебаний при диодном детектировании:

_{а — амплитудно-модулированное на входе; б — после одпополупериодного выпрямителя; в — на нагрузке; г — выходное колебание без постоянной составляющей}

Пояснения требует определение диодного детектора как линейного. Название происходит от динамической характеристики диода, представленной на рис. 11.10 [25] .

25

Детектор называется линейным, если характеристика детектирования, устанавливающая связь между постоянной составляющей тока, диода и амплитудой входного сигнала, линейна. — Прим. ред.

Рис 11.10. Динамическая характеристика линейного детектора

Эта характеристика является отрезком прямой линии, поэтому выпрямленное детектором напряжение линейно зависит от напряжения, подвергаемого процессу детектирования. Линейная зависимость обоих напряжений имеет место только при больших амплитудах, примерно более полувольта.

При малых амплитудах детектор ведет себя, как описанный выше нелинейный детектор. Следует добавить, что линейный диодный детектор во всем остальном остается нелинейным устройством, поскольку начальная рабочая точка схемы находится в месте излома динамической характеристики диода. Именно эта нелинейность в начале системы координат (при отрицательных управляющих напряжениях ток через диод не протекает) и является фактором, способствующим детектированию.

Какие критерии выбора постоянной составляющей RС-цепи в диодном детекторе?

Резистор R и конденсатор С в детекторе образуют двухполюсник, характеризующийся определенной постоянной времени RC, зависящей от нескольких факторов. Прежде всего, с точки зрения обеспечения высокого КПД детектирования, определяемого отношением выпрямленного напряжения к амплитуде сигнала высокой частоты, сопротивление резистора R должно быть как можно больше.