2015-07-04
2286
Разработать последовательный диодный детектор амплитудно – манипулированного сигнала с пассивной паузой со следующими параметрами:
1) Тип детектора – последовательный диодный детектор амплитудно– манипулированного сигнала с пассивной паузой;
2) Допустимые искажение демодулированного сигнала, связанное с завалом фронтов не должно превышать 7% от длительности элементарной посылки манипулирующего сигнала, то есть τиск < 0.07·τи;
3) Частота несущего колебания fн = 1.6 МГц;
4) Частота манипулирующего сигнала F= 2 кГц
5) Сопротивление нагрузки: Rнагр = 1.5кОм
6) Режим работы детектора – детектор должен работать в режиме сильного сигнала (амплитуда входного сигнала не менее 5 В).
7) Прямое сопротивление открытого диода VD Rдпр=50 Ом.
В соответствии с видами модуляции различают демодуляторы аналоговых, аналогово-импульсных, дискретных сигналов. Процесс в демодуляторе (детекторе) обратен процессу в модуляторе. Детектор выделяет полезную информацию из входного модулированного колебания, содержащего только высокочастотные составляющие: колебания несущей частоты и боковые полосы. На выходе демодулятора выделяется напряжение с низкочастотным спектром передаваемого сообщения. Следовательно, детектирование сопровождается трансформацией частотного спектра и поэтому не может быть осуществлено без применения нелинейных систем или же линейных систем с переменными параметрами. Процесс детектирования: являетсяосновным процессом приема модулированных колебаний, поскольку при этом форма колебаний на выходе детектора позволит воспринимать информацию.
|
|
|
Выбор схемы амплитудного демодулятора.
Чаще других используют диодные демодуляторы, в состав которых входят LC - контур, диод, и фильтры типа RC. По принципу построения диодные детекторы делятся на детекторы последовательного и детекторы параллельного типа. Недостатком параллельного диодного детектора является, то, что на зажимах выходного сопротивления вместе с постоянным имеется и напряжение промежуточной частоты, для уменьшения которого к выходным зажимам детектора подключается фильтр, состоящий из последовательно включенных резистора R и конденсатора С.
В связи с указанными достоинствами и недостатками различных видов диодных детекторов, в разработке амплитудного детектора будем использовать линейный детектор со схемой последовательного типа (рисунок 4.1)
От режима работы диода в схеме, детекторы делятся на квадратичные и линейные детекторы.
Вольт - амперная характеристика диода имеет резкий начальный изгиб. Он соответствует небольшому входному напряжению и апроксимируется квадратичной зависимостью. Поэтому для малых входных сигналов работа детектора соответствует квадратичному участку ВАХ диода, и в этом случае детектор называется квадратичным. При возрастании входного напряжения квадратичный участок ВАХ диода переходит в линейный (рисунок 4.2). Если же это напряжение настолько велико, что квадратичным участком можно пренебречь, то в этом случае детектор называется линейным. Квадратичный детектор имеет следующие недостатки: меньшее входное напряжение, большие нелинейные искажения, коэффициент передачи пропорционален амплитуде принимаемых сигналов. Достоинством его является возможность приема более слабых сигналов.
|
|
|
Отметим, что в приёмниках часто используют преобразователи частоты. Поступающий высокочастотный сигнал переносят на более низкую частоту и, только после этого происходит детектирование. Таким образом, преобразователи частоты обеспечивают получение одинаково высокой чувствительности приёмника на любой приёмной частоте, а также получение высоких характеристик избирательности полезного сигнала на фоне помеховых. Однако в курсовом проекте используется одна принимаемая частота и преобразователь частоты не нужен.
Рисунок 4.1 Принципиальная схема последовательного диодного детектора.
|
Назначение элементов включенных в схему:
VD - нелинейный элемент, выделяющий спектр информационного сигнала.
Rфл, Сфл - образуют фильтр, отделяющий информационный спектр от всех остальных (несущего и того далее). Все высокочастотные составляющие должны шунтироваться Сфл, поэтому сопротивление ХСфл на этих частотах должно быть минимальным, не создавая на нём сколь-нибудь заметного падения напряжения. Низкочастотная (информационная) составляющая должна замыкаться через сопротивление Rфл.
Рисунок 4.2 Участок ВАХ диода
|
Выбор элементной базы
Диод выбирается по максимальному обратному напряжению, которое должно быть на порядок больше входного напряжения схемы. Максимальный ток через диод будет при максимально открытом диоде, то есть в точке амплитуды входного сигнала. Рабочая точка в стационарном состоянии находится в 0, так как в схеме не имеется источника постоянного напряжениям. Также диод должен иметь малый обратный ток (на порядок меньше тока демодулятора), то есть, чтобы он был хорошим выпрямителем. Также диод должен подходить по частоте, то есть максимальная частота, на которую рассчитан диод, должна быть много больше промежуточной частоты.
По справочнику выбираем импульсный высокочастотный диод Д220.
Параметры диода.
Рассмотрим работу детектора на примере входного манипулированного сигнала. Задача состоит в восстановлении после детектора исходного манипулирующего сигнала. Критерием оценки демодулированного сигнала служит различие в длительностях продетектированного импульса τди и исходного τи:
;
Период манипулирующего сигнала и длительность исходного будут:
10750 зам на 2000
По заданию:
Конденсатор Сфд фильтра детектора предназначен для фильтрации, шунтирования высокочастотных составляющих спектра сигнал, полученного на выходе диода. Эти частотные компоненты кратны по частоте несущему сигналу (fн = 1.6 МГц).
Активное сопротивление Rфд фильтра предназначено для протекания токов низкой частоты Fm= 2 кГц. Отсюда:
Последние неравенства являются необходимыми, но недостаточными для работы детектора.
Рассмотрим работу фильтра детектора с позиции подбора его элементов, минимизирующих нелинейные искажения.
Время заряда конденсатора должно быть:
В соответствии с заданием, период высокочастотного сигнала определяется частотой несущего колебания fн = 200кГц:
Где τзар – постоянная заряда определяется прямым сопротивлением открытого диода VD (Rдпр=50 Ом по заданию) и конденсатором фильтра Сфл:
|
|
|
Разрядная цепь фильтрующего конденсатора содержит фильтрующий резистор, значит его номиналом определяется время разряда емкости и должно выполняться следующее неравенство:
Длительность импульса манипулирующего сигнала определяется по известной частоте манипулирующего сигнала Fm=2 кГц, в соответствии с заданием:
;
Получим:
После расчетов параметров фильтра детектора необходимо проверить выполнение главных условий:
При условии их выполнения можно считать, что параметры фильтра детектора рассчитаны, диод выбран, можно приступать к моделированию схемы демодулятора.
Рисунок 4.3 Принципиальная схема последовательного диодного детектора
|
Принципиальная схема последовательного диодного детектора изображена на рисунке 4.3, осциллограммы приведены на рисунке 4.4.
Рисунок 4.4. Осциллограммы последовательного диодного детектора
|
По осциллограмме на рисунке 4.4 произведем расчет расхождения длительностей исходного и продетектированного сигналов.
Исходная длительность модулирующего сигнала составляет:
Длительность продетектированного сигнала, отсчитанная между визирными линиями 1 и 2 на уровне 0,5 максимального уровня сигнала составляет:
Таким образом:
то есть искажение продетектированного сигнала не превышает 7%, что требуется по условию задания.
Однако, на осциллограмме видно, что у полученного сигнала имеется «шапка» на вершине импульса (последовательность зарядов и разрядов емкости Сфд в горизонтальной части ступеньки). Она характеризует дополнительные искажения выходного сигнала. Убрать ее варьированием параметрами схемы сложно, поэтому включим в схему логический элемент ИЛИ, который ограничивает уровень входного сигнала по амплитуде, и обрезает «шапку» сигнала. Принципиальная схема и осциллограммы представлены на рисунке 4.5.
 
Рисунок 4.5 Принципиальная схема приемника и осциллограммы его работы
|
Длительность продетектированного сигнала:
|
|
|
Таким образом:
После расчётов необходимо проверить два основных условия:
XСфл(ω)= 
= 
=255.26 Ом << 10 кОм;
XСфл(Ω)= 
= 
=25.53 кОм >> 10 кОм;
Вывод:
В результате использования в схеме элемента ИЛИ, уменьшились искажения длительности сигнала и исчезла «шапка» на вершине импульса. Это видно из представленных рисунков.
Таким образом, в результате моделирования разработан амплитудный диодный детектор с пассивной паузой, который удволетворяет условиям задания.
