Детектирование амплитудно-модулированного сигнала

1. Цель работы

 

Исследование процессов, происходящих при детектировании АМ колебаний диодным детектором. Исследование детекторных характеристик, измерение входного сопротивления детектора, наблюдение осциллограмм напряжений в различных точках схемы.

 

2. Основные теоретические положения

 

Амплитудное детектирование - процесс, при котором из АМ сигнала формируется низкочастотный сигнал, соответствующий передаваемому сообщению.

Амплитудное детектирование осуществляется с помощью нелинейной или параметрической системы. Принципиальная схема исследуемого последовательного диодного детектора приведена на рис. 11.1.

 

     

                                      Рис. 11.1

 

Характер процессов, происходящих в детекторе, зависит от величины колебаний на входе детектора, спектра передаваемого сообщения, выбора параметров элементов нагрузки. Когда на входе детектора действуют слабые сигналы (с малой амплитудой), которые вызывают изменения тока в области нижней части вольт-амперной характеристики нелинейного элемента, то низкочастотное слагаемое тока диода оказывается пропорциональным квадрату амплитуды сигнала на входе (квадратичное детектирование). Когда на входе детектора действуют сильные сигналы (с большой амплитудой), то низкочастотное слагаемое тока диода пропорционально амплитуде сигнала на входе (линейное детектирование).

Часто требуется, чтобы сигнал на выходе детектора был подобен передаваемому сигналу, который может иметь сложный спектр (например, электрический сигнал, соответствующий речи, музыке и т. д.). Для этого желательно работать в режиме линейного детектирования, так как квадратичное детектирование приводит к появлению частот, которых не было в спектре передаваемого сигнала, т. е. приводит к искажениям передаваемого сообщения.

Для неискаженного воспроизведения формы сигнала на выходе детектора параметры элементов нагрузки (R и С) должны удовлетворять условию

 

                                        ,                                 (11.1)

 

где - несущая частота АМ колебаний;

     W - наибольшая частота в спектре передаваемого сигнала.

 

При выборе величин резистора и емкости учитывается, что величина резистора является одним из факторов, определяющих величину входного сопротивления детектора.

Свойства детектора оценивают по детекторным характеристикам, под которыми понимают зависимость напряжения U _вых на выходе детектора от амплитуды высокочастотного напряжения U _max0 при подаче на вход детектора АМ сигнала. Кроме того, используются характеристики U _вых= f (m %), где m % - коэффициент амплитудной модуляции сигнала на выходе детектора.

 

  3. Описание лабораторной установки

 

При исследовании используется макет, описанный в работе 9 (см. рис. 9.3).

 Исследуемой схемой является последовательный диодный детектор (тумблер Т2 в положении 2). Сигнал от ГВЧ подается на гнезда Г3.

Нагрузка детектора (сопротивление и емкость) определяется положениями тумблеров Т4 и Т5. Тумблер Т3 позволяет подключить к входному контуру вместо детектора эквивалентное активное сопротивление (при измерении входного сопротивления детектора), величина которого изменяется переключателем " R _э, кОм".

  

 4. Методика выполнения работы

 

1. Подключить ГВЧ к гнездам Г3, электронный вольтметр - к гнездам Г4, осциллограф - к гнездам Г5, включить питание приборов и макета.

2. Исследовать зависимость низкочастотного напряжения U _вых на выходе детектора от амплитуды напряжения U _max0 несущей частоты на входе детектора для случаев, когда нагрузкой детектора являются R 1 C 1 и R 2 C 2. Для этого:

а) установить на выходе ГВЧ немодулированный сигнал с амплитудой U _max0@0,1 В (напряжение контролировать по вольтметру при положении А переключателя "Вольтметр"); настроить генератор на частоту f _c, равную резонансной частоте контура на входе детектора f _р (изменяя частоту сигнала, добиться максимальных показаний вольтметра);

б) получить на выходе ГВЧ АМ сигнал с частотой модуляции F =400 Гц и коэффициентом модуляции m %=30 %, установить на макете тумблерами Т4 и Т5 нагрузку детектора R 1 C 1;

в) измерить напряжение на выходе детектора, изменяя напряжение несущей частоты до 1,0 В; контролировать напряжения по вольтметру, подключаемому ко входу и выходу детектора (положения А и Б переключателя "Вольтметр");

г) повторить п. "в" при нагрузке детектора на R 2 C 2.

3. Исследовать зависимость напряжения U _вых на выходе детектора от коэффициента модуляции сигнала m% на входе детектора для случая, когда нагрузкой детектора являются R 1 C 1 и R 2 C 2. Для этого:

а) получить на выходе ГВЧ АM сигнал с параметрами f _c= f _р, частота модуляции F =400 Гц, амплитуда несущей U _max0@1,0 В. Установить на макете нагрузку детектора R 1 C 1;

б) измерить напряжение на выходе детектора, изменяя коэффициент модуляции сигнала на входе детектора m % от 0 до 100 % через 10 % (m % контролировать по измерителю коэффициента модуляции ГВЧ);

в) повторить п. "в" при нагрузке детектора на R 2 C 2.

4. Исследовать форму сигнала на входе и выходе детектора и на диоде при нагрузках детектора: R 1 C 1 и R 2 C 2. Для этого:

а) получить на выходе ГВЧ АМ сигнал с параметрами f _c= f _р, частота модуляции F =400 Гц, амплитуда несущей U _max0=1,0 В, коэффициент модуляции m % = 50 %. На макете установить нагрузку детектора R 1 C 1;

б) наблюдать и зарисовать осциллограммы сигналов на входе и выходе детектора и на диоде (переключатель "Осциллограф" ставить соответственно в положение А, Б и АБ);

в) повторить п. "б" при нагрузке детектора на R 2 C 2.

5). Измерить величину входного сопротивления последовательного диодного детектора при нагрузках R 1 C 1 и R 2 C 2.

Для этого:

а) установить на выходе ГВЧ (на входном контуре детектора) немодулированный сигнал с амплитудой 1,0 В и f _c= f _р, на макете - нагрузку детектора R 1 C 1;

б) подключить ко входному контуру вместо диода эквивалентное сопротивление R _экв (тумблер Т3 - в положение 2), добиться, изменяя величину R _экв (переключателем " R _э, кОм"), чтобы напряжение на контуре имело ту же величину, что и при нагрузке контура на детектор (см. п. "а");

в) произвести отсчет R _экв;

г) повторить пп. "б", "в" при нагрузке детектора на R 2 C 2.

    

    5. Содержание отчета

 

1. Принципиальная схема исследуемого диодного детектора.

2. Результаты экспериментальных исследований (таблицы, осциллограммы).

3. Графики зависимостей U _вых= f (U _max0) и U _вых= f (m %).

4. Выводы и оценки результатов экспериментов.

 

Литература: [1], с. 286 – 292; [2], с. 304-311

 

Лабораторная работа 12