Амплитудный детектор. Принцип действия, параметры диодного детектора. Линейное и нелинейное детектирование.

Схема амплитудного диодного детектора изображена на рис. 1. На вход детектора поступает высокочастотный сигнал uc(t). Детектор представляет собой последовательное соединение диода VD и нагрузочной цепи (филь-тра): конденсатора Сн и резистора Rн, включенных параллельно. С нагру-зочной цепи снимается выходное колебание uвых(t).

Значение тока через диод ig для режима покоя (uc(t)=0) может быть найдено из уравнений:

(5)

где Ug – напряжение на диоде VD (рис. 1).

Первое уравнение является уравнением вольтамперной характеристики (ВАХ) диода как безынерционного нелинейного элемента. Из-за нелинейного характера ВАХ, форма тока через диод ig при синусоидальной форме сигнала uc(t) не является синусоидальной. В составе тока появляется постоянная составляющая, которая, протекая по резистору Rн, создает падение напряжения U=, смещающая положение рабочей точки. При увеличении амплитуды входного напряжения смещение рабочей точки увеличивается, и ток через диод будет приближаться по форме к однополярным импульсам, открывающим диод при положительных значениях входного напряжения.

На рисунке 2 приведены формы напряжений и токов на входе детектора для двух случаев, когда амплитуды входных сигналов удовлетворяют неравенству Uc(1) < Uc(2). Тогда постоянные составляющие напряжений U=(1)< U=(2) и I=(1)< I=(2). На этом же рисунке условно изображена зависимость ig=f(t).

Вольтамперная характеристика диода в широком диапазоне токов достаточно точно аппроксимируется экспоненциальной зависимостью:

, (6)

где Iоб – абсолютное значение величины обратного тока диода, φ  – темпе-ратурный потенциал, равный при Т 293˚  примерно 26 мВ.

Зависимость постоянной составляющей U= от амплитуды приложенного напряжения Uc дается детекторной характеристикой (рис. 3).

Анализ выражения (6) позволяет сделать два основных вывода:

• с увеличением Rн возрастает крутизна детекторной характеристики,

• с увеличением уровня сигнала снижается степень нелинейности детек-торной характеристики, и наоборот, детектирование «слабых» сигналов сопровождается значительными нелинейными искажениями закона мо-дуляции.

В этой связи различают два режима работы диодного амплитудного де-тектора:

• детектирование «слабых» сигналов,

• детектирование «сильных» сигналов.

В режиме «слабых» сигналов, нетрудно показать, что детекторная характеристика имеет квадратичный вид, т.е.

, (10)

и, соответственно, коэффициент нелинейных искажений в этом случае при x(t) = 0 равен:

. (11)

Нелинейные искажения при детектировании «сильных» сигналов определяются:

• Нелинейностью начального участка вольтамперной характеристики диода. При этом, чтобы гарантировать работу вне существенно нелинейного участка, например, в области 0≤ Uc≤ Uc(1) на рис. 2, необходимо выбирать значение Uc исходя из неравенства:

; (16)

• Различием сопротивлений детектора по постоянному и переменному токам.

• Нелинейностью процесса заряда и разряда конденсатора Cн.

Кроме рассмотренных выше нелинейных искажений в режиме детекти-рования «сильных» сигналов возникают частотные искажения, обусловленные присутствием в выходном напряжении гармоник высокочастотного колебания. С целью уменьшения уровня колебания высокой частоты на выходе амплитудного детектора величина емкости конденсатора Cн выбирается из условия:

, (19)

а коэффициент фильтрации в этом случае определяется выражением:

kф = ω cCнrg, (20)

где rg – сопротивление диода в открытом состоянии.