9.1.7 Диодный амплитудный детектор
Состояние диода описывается его ВАХ , линейно-ломаная аппроксимация которой представлена на рис.23. при диод характеризуется сопротивлением открытого p-n-перехода , а при — сопротивлением закрытого p-n-перехода , причем . В схеме рис.22. При поступлении положительной полуволны входного напряжения и при диод открыт и через него течет ток. Конденсатор С через открытый диод быстро заряжается с постоянной времени . Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на емкости () не сравняется с входным напряжением, и диод закроется. В результате конденсатор начнет разряжаться через сопротивление R. Обычно . Разряд происходит медленнее, чем заряд ( t разр = CR >> t зар), за время действия отрицательной полуволны входного напряжения выходное напряжение изменится мало.
На рис.24 показан установившийся процесс заряда и разряда конденсатора. Ток диода течет только в те моменты времени, пока . По отношению к диоду напряжение является смещением. Поскольку (см. рис.23) равно 0, то обеспечивает работу диода с углом отсечки q < 90 ° . При большой постоянной времени величина близка к амплитуде входного напряжения. Поэтому здесь получается достаточно малый угол отсечки: он определяется соотношением сопротивлений и R. Действительно, крутизна открытой части ВАХ диода равна . Следовательно,
С другой стороны, при , .
окончательно получаем следующее соотношение
Таким образом, задание внутреннего сопротивления диода и сопротивления нагрузки R однозначно определяет угол отсечки q . Чем ближе величина к , тем меньше угол отсечки. Для работы с q = 10° (cos q = 0,9848), должно выполняться .
При q (10. 20)° выходное напряжение детектора близко к амплитуде входного. После определения величины R, можно определить и требуемое значение емкости конденсатора C из условия подавления высокочастотных составляющих и неискаженной передачи низкочастотной части спектра тока:
Так как , условие легко выполнить.
Поскольку амплитудный детектор подключается в качестве нагрузки усилителя высокой частоты, то важное значение имеет его входное сопротивление. При практически вся мощность, потребляемая детектором, выделяется на сопротивлении R. Поэтому можно приближенно считать ,
где и — амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая тока диода. Разделим левую и правую часть на . Получим
Отсюда, учитывая, что , имеем
Чтобы детектор не влиял на частотные характеристики усилителя, необходимо при выборе R выполнить условие , где — резонансное сопротивление контура усилителя.
© Андреевская Т.М., РЭ, МГИЭМ, 2004
Диодный АД
На вход АМ детектора подается модулированное по амплитуде колебание, содержащее только высокочастотные составляющие (несущее колебание и колебания боковых частот):
где – огибающая АМ колебания;
и ‑ амплитуда и круговая частота несущей;
– коэффициент амплитудной модуляции.
Так как АМ детектор должен выделить огибающую входного колебания (сигнал низкой частоты ), то детектирование сопровождается трансформацией частотного спектра АМ колебания. Поэтому детектирование не может быть осуществлено без применения нелинейных элементов или линейных элементов с переменными параметрами (параметрических).
Диодный детектор образован последовательным соединением диода VD и параллельной RC – цепи, выполняющей роль фильтра нижних частот (рис. 2).
Рис. 2. Принципиальная схема диодного детектора
В зависимости от амплитуды АМ колебания диодный детектор может работать в одном из двух режимов:
Сначала рассмотрим реакцию простейшей детекторной цепи на входное АМ колебание (рис. 3). Затем результаты спектрального анализа распространим на случай наличия фильтра нижних частот в цепи детектора.
Рис. 3. Простейшая детекторная цепь под воздействием АМ колебания
Режим квадратичного детектирования.Пусть рабочая точка установлена на середине криволинейного участка вольт-амперной характеристики диода (рис. 4), на вход детекторной цепи поступает входное напряжение .
Как следует из рис. 4, в режиме слабых сигналов форма выходного сигнала, в данном случае выходного тока диода , отличается от формы входного сигнала . Это обусловлено тем, что дифференциальная крутизна диода непостоянна на участках АМ и ВМ по обе стороны от рабочей точки М. На интервале времени от 0 до амплитуда входного напряжения постоянна, поэтому среднее значение тока диода также постоянно. С момента времени огибающая входного напряжения начинает изменяться в соответствии с модулирующим сигналом, поэтому и среднее значение тока диода тоже начинает изменяться по тому же закону. Это свидетельствует о возможности АМ детектирования в рассматриваемом режиме.
Предположим, что для данного режима работы диода его вольт-амперная характеристика аппроксимируется полиномом второй степени:
где – постоянный ток диода при отсутствии входного напряжения, т. е. ток покоя , а и ‑ постоянные коэффициенты аппроксимации линейного и квадратичного членов полинома.
Подставляя выражение в формулу (2), получим:
Рис. 4. Временные диаграммы напряжений и токов в цепи диода
в режиме слабых сигналов
Поскольку огибающая АМ колебания записывается в виде , то на основании выражения (3) после несложных, но громоздких преобразований, имеем:
где – постоянная составляющая тока через диод;
– амплитуда первой гармоники модулирующего сигнала (полезная компонента);
– амплитуда второй гармоники модулирующего сигнала;
– амплитуда второй гармоники несущей;
– амплитуда верхней и нижней боковых полос модулированного колебания;
– амплитуда боковых частот второй гармоники модулированного колебания;
– амплитуда вторых гармоник боковых частот второй гармоники модулированного колебания.
Спектр тока диода , построенный по формуле (4), имеет вид (рис. 5)
Рис. 5. Спектр тока диода в режиме слабых сигналов
Как следует из рис. 5, для выделения исходного НЧ модулированного сигнала достаточно включить последовательно с диодом избирательную нагрузку, например RC-фильтр нижних частот. Так как модуль полного сопротивления RC-фильтра практически равен нулю для всех частотных составляющих тока диода, кроме частотных составляющих и , то на избирательной нагрузке выделяется напряжение этих частот.
Таким образом, выражение низкочастотной составляющей тока диода записывается в виде
Вторая гармоника частоты модуляции практически не отфильтровывается фильтром нижних частот и искажает результат АМ детектирования (нелинейные искажения). Относительная величина амплитуды тока удвоенной частоты модуляции определяется выражением
Величина представляет собой коэффициент нелинейных искажений при АМ детектировании. Он пропорционален коэффициенту модуляции и может достигать 25 % при .
В отсутствие модуляции ( ) постоянная составляющая тока диода, как следует из формулы (4), равна:
Из формулы (7) для приращения постоянной составляющей тока имеем:
Формула (8) является уравнениям детекторной характеристики. Так как приращение постоянной составляющей тока прямо пропорционально квадрату амплитуды сходного напряжения , детектирование слабых сигналов называется квадратичным.
Режим линейного детектирования. Предположим, что амплитуда входного сигнала настолько велика, что можно воспользоваться кусочно-линейной аппроксимацией вольт-амперной характеристикт диода (рис. 6). Рабочая точка выбрана в точке аппроксимированной вольт-амперной характеристики.
Как следует из рис. 5, ток диода представляет собой периодическую последовательность импульсов постоянной амплитуды, пока амплитуда входного сигнала неизменна. Начиная с момента времени , огибающая входного сигнала изменяется в соответствии с модулирующим сигналом. Амплитуда импульсов тока диода также изменяется по тому же закону. Поэтому ток диода можно представить в виде ряда Фурье:
Здесь ‑ функции Берга, а ‑ постоянный коэффициент.
Рис. 6. Временные диаграммы токов и напряжений в цепи диода
в режиме сильных сигналов при R = 0
Таким образом, ток диода содержит постоянную составляющую и составляющие высокой частоты и её гармоник ( ), каждая из которых модулирована низкочастотным сигналом .
Для выделения низкочастотного сигнала последовательно с диодом включают RC-цепь (рис. 2). Величина ёмкости выбирается исходя из условия, что высокочастотные составляющие тока напряжения на выходе почти не создают:
Для того чтобы низкочастотные составляющие тока составляли большое выходное напряжение, сопротивление резистора должно быть достаточно большим и притом , с тем чтобы для низких частот сопротивление избирательной нагрузки . Объединяя оба неравенства, получаем условия, определяющие выбор ёмкости :
В случае амплитудной модуляции сложным модулирующим сигналом в выражении (11) вместо частоты необходимо подставить наивысшую частоту в спектре модулирующего сигнала .
При воздействии на вход детектора немодулированного колебания на резисторе создаётся напряжение смещения , сдвигающее рабочую точку влево по оси напряжения (рис. 7). В соответствии с формулой (9) напряжение на резисторе будет равно
Поэтому в процессе детектирования рабочая точка изменяет своё положение на вольт-амперной характеристике диода. При построении временной диаграммы входного АМ колебания учтено, что его мгновенная амплитуда отсчитывается от положения кривой выходного напряжения (ось времени как бы имеет «траекторию», задаваемую напряжением ).
Угол отсечки при воздействии на вход немодулированного колебания (рис. 6) определяется соотношением
Постоянная составляющая тока определяется выражением
где – крутизна вольт-амперной характеристики диода. Подставляя в выражение (13) получим:
Поскольку , то можно записать следующее уравнение для определения угла отсечки :
для малых углов отсечки и из уравнения (16) получим:
Так как в уравнение (15) не входит амплитуда детектируемого напряжения , то она не влияет на величину угла отсечки. Увеличение амплитуды входного напряжения сопровождается таким же возрастанием выпрямленного тока, напряжения на нагрузке RC и смещением рабочей точки влево, при котором восстанавливается прежняя величина угла отсечки.
Рис. 7. Временные диаграммы токов и напряжений в цепи диода в режиме сильных сигналов при
Амплитуда импульса тока диода находится из выражения:
Выражение (17) является уравнением детекторной характеристики в режиме сильных сигналов.
Так как , то величины и пропорциональны. По этой причине детектирование сильных сигналов называется линейным, хотя детектирование является процессом сугубо нелинейным. Как следует из формулы (13), воздействие АМ колебания на детектор не вызовет изменения угла отсечки, а максимумы импульсов тока будут пропорциональны огибающей . Среднее за период ВЧ колебания значение тока равно
где коэффициент не зависит от амплитуды входного напряжения и постоянен. Для переменной составляющей напряжение на нагрузке детектора на основании формулы (17) имеем:
где – амплитуда напряжения низкой частоты.
Полученный результат свидетельствует об отсутствии нелинейных искажений при линейном детектировании АМ колебаний (при кусочно-линейной аппроксимации).
Коэффициент передачи по напряжению диодного детектора, характеризующий его эффективность, определяется выражением:
Из формулы (20) вытекает, что коэффициент передачи детектора по напряжению меньше единицы и не зависит от амплитуды входного напряжения ( ).
Нелинейные искажения в диодном детекторе могут быть вызваны, с одной стороны, нелинейностью вольт-амперной характеристики диода, а с другой – неправильным выбором постоянной времени нагрузки детектора (рис. 8)
Рис. 8. Изменение напряжения на нагрузке детектора при слишком
большой величине постоянной времени
При линейном детектировании АМ колебания с большой глубиной модуляции необходимо учитывать криволинейность вольт-амперной характеристики диода. На участке АВ вольт-амперной характеристики диода детектирование является квадратичным со свойственными этому режиму искажениями: происходит искажение формы отрицательных полупериодов выходного напряжения .
Нелинейные искажения, связанные с инерционностью нагрузки детектора, заметно проявляются лишь в области наиболее высоких частот модулирующего сигнала . Если постоянная времени нагрузки детектора велика, то разряд конденсатора через резистор начинает отставать во времени от изменения амплитуды колебаний высокой частоты, вызванного модуляцией. Изменение напряжения на выходе детектора происходит не по огибающей кривой подводимого напряжения , а по кривой разряда конденсатора. Различие в форме огибающей АМ напряжения и кривой изменения напряжения на нагрузке показывает, что при детектировании на участке АВ вольт-амперной характеристики возникают нелинейные искажения. Можно показать, что нелинейные искажения подобного вида будут отсутствовать, если выбранные значения R и C удовлетворяют неравенству
В практических расчётах полагают, что на высших частотах модуляции, коэффициент модуляции не превышает . Поэтому выражение (20) запишется в виде:
Для уменьшения нелинейных искажений и увеличения коэффициента передачи амплитудные детекторы чаще всего их используют в режиме линейного детектирования. Для этого режима детектирования справедливы следующие соотношения для коэффициента передачи напряжения и входного сопротивления детектора:
Постоянное напряжение пропорционально амплитуде несущей и почти не зависит от коэффициента модуляции . В РПУ это напряжение обычно используется как управляющее. Для систем АРУ и индикаторов настройки или наличия сигнала для выделения из продетектированного АМ сигнала к рассмотренной выше схеме (рис. 2) достаточно добавить интегрирующую цепочку, то есть фильтр нижних частот (рис. 9) с частотой среза намного ниже, чем самая низкая из частот модулирующего сигнала, то есть ; то есть и .
Рис. 9. АМ детектор с элементами цепи АРУ
2. Транзисторные АД
В зависимости от того, нелинейность характеристики какого тока транзистора используется для детектирования, транзисторные АД подразделяются на коллекторные, базовые, эмиттерные, стоковые, истоковые и затворные. Биполярный транзистор (БТ) чаще всего используется в схеме включения с ОЭ, что позволяет получать помимо детектирования и наибольшее усиление сигнала. На практике часто применяется коллекторный детектор (рис. 10), в котором используется нелинейность проходной характеристики .
Рис. 10. Коллекторный детектор
В схеме на рис. 10 делитель задает смещение на базе транзистора; конденсатор –блокировочный, , –нагрузка детектора, выполняющая функцию ФНЧ. Работа коллекторного детектора поясняется диаграммами на рис. 11.
Рис. 11. Проходная характеристика коллекторного детектора
и эпюры входного напряжения и коллекторного тока
Штриховой линией показана реальная характеристика ; используется линейно-ломаная аппроксимация. Рабочая точка, которая обеспечивается начальным смещением , выбирается на наиболее криволинейном участке характеристики . В случае линейно-ломаной аппроксимации при синусоидальном воздействии импульсы коллекторного тока – отрезки усеченной синусоиды, постоянная составляющая коллекторного тока , где – коэффициент Берга.
Для значения коэффициент Берга и ток коллектора .
Для коллекторного детектора на рис. 10 , где , – крутизна характеристики коллекторного тока.
Входное сопротивление детектора:
Выходное напряжение на резисторе определяется соотношением
Во избежание искажений при детектировании коллекторный детектор работает при относительно малых .
Коэффициент передачи КД:
. (25)
Анализируя (25), отмечаем, что может быть больше единицы – это одно из основных преимуществ этого детектора по сравнению с диодным. Коэффициент в раз меньше, чем коэффициент усиления по напряжению усилителя на том же транзисторе и с той же нагрузкой.
Во входной цепи транзистора протекает ток базы, шунтирующий источник сигнала. Для оценки этого шунтирующего действия определим входное сопротивление КД:
Первая гармоника базового тока:
где – крутизна характеристики .
Коэффициент Берга при значении угла отсечки базового тока равен и амплитуда первой гармоники тока базы , а входное сопротивление детектора – наличие двойки в этом выражении обусловлено тем, что транзистор половину периода входного сигнала заперт. Поэтому одновременно с основным существует побочное детектирование в цепи базы, за счет которого на резисторе создается напряжение с полярностью, противоположной полярности напряжения смещения. Это приводит к ослаблению детектирования в коллекторной цепи, т. е. к уменьшению коэффициента , однако за счет этого эффекта можно повысить линейность характеристики детектирования. Отмеченный эффект можно ослабить, уменьшая сопротивление резисторов , и увеличивая емкость блокировочного конденсатора .
Детекторы
Амплитудный детектор (АД) – устройство, на выходе которого создаётся напряжение в соответствие с законом модуляции амплитуды входного гармонического сигнала. Если на входе АД действует напряжение
uвх=UH(1+mcosWt)coswct, модулированное по амплитуде колебанием с частотой 
(UH – амплитуда несущей, m- индекс модуляции), то график изменения этого напряжения во времени и его спектр имеют вид, показанный на рис. 7.1а. Напряжение на выходе детектора Ед и его спектр приведены на рис. 7.1б.
В зависимости от способа выполнения АД можно подразделить на синхронные детекторы, использующие линейную цепь с периодически меняющимися параметрами (схема аналогична схеме ПрЧ с гетеродином, частота и фаза которого совпадают с частотой и фазой сигнала) и детекторы на основе нелинейной цепи (наиболее часто используются диодные АД).
Коэффициент передачи АД (см. рис. 7.1)
.
 |
Очевидно, для детектирования без искажений детекторная характеристика должна быть линейной. В этом случае по её наклону можно определить коэффициент передачи Кд.
7.2 Диодный АД. Принцип работы
 |
Временная трактовка принципа работы АД
Рекомендуемые материалы
Пусть на вход АД поступает гармоническое напряжение с медленно меняющейся амплитудой 
(рис. 7.4). Если напряжение uвх положительно, то диод открывается и конденсатор нагрузки Сн начинает заряжаться. Постоянная времени заряда tз мала, так как определяется ёмкостью Сн и малым сопротивлением открытого диода.
Согласно рис. 7.3 напряжение на диоде uд=uвх-Ед и в момент времени t1 диод закрывается (uвх<Ед), а конденсатор начинает разряжаться через резистор Rн. Постоянная времени разряда конденсатора tр=RнСн>>tз, поэтому разряд Сн происходит значительно медленнее, чем его заряд. Разряд конденсатора Сн продолжается до момента времени t2, при котором uд=0, далее диод снова открывается и конденсатор Сн начинает заряжаться. В результате на выходе АД создаётся продетектированное напряжение Ед, имеющее пульсирующую составляющую с частотой сигнала. Уровень пульсаций мал, если 
Спектральная трактовка принципа работы АД
На рис. 7.5 показан характер изменения тока диода при постоянной амплитуде детектируемого сигнала в установившемся режиме.
Пренебрегая пульсациями, считаем, что напряжение на выходе детектора Ед постоянно во времени (Uн=const) и обуславливает отрицательное напряжение смещения на диоде, относительно которого прикладывается uн. ВАХ диода iд=F(uд) для простоты рассмотрения аппроксимирована линейно-ломанной зависимостью с нулевым обратным током. Ток через диод iд протекает при открытом
диоде и представляет собой синусоидальные импульсы с углом отсечки q<90 0 . В этом токе (как в любой периодической функции ) содержится постоянная составляющая Iдо и высокочастотные составляющие с частотами fc, 2fc… Очевидно, постоянная составляющая протекает через сопротивление нагрузки Rн (по цепи: D – Rн – L – D), создавая на ней выпрямленное напряжение Ед=IдоRн, а высокочастотные составляющие замыкаются через Сн (по цепи D — Сн – LC контур – D). Если uвх – АМ-колебания, то напряжение Ед изменяется в соответствии с законом изменения огибающей входного напряжения.
Анализ детектора с идеализированной линейно-ломанной ВАХ показывает, что коэффициент передачи диодного детектора
где при Sобр=0, q 
(Sпрям и Sобр – крутизна прямого и обратного токов соответственно). Характеристика детектирования Ед=Uнcosq в данном случае прямолинейна и детектирование осуществляется без искажений.
Из других параметров следует обратить внимание на входное сопротивление АД, характеризующее его шунтирующее действие на источник сигнала. Можно показать, что при линейно-ломанной аппроксимации диода с Sобр=0 и при малых q входное сопротивление последовательного АД 
, а параллельного АД, у которого нагрузка включена параллельно диоду, соответственно 
.
7.3 Искажения при детектировании АМ – колебаний
1. Искажения из-за нелинейности характеристики детектирования. Характеристика детектирования реальных АД отличается от прямолинейной на начальном участке (рис. 7.6).
Искажения этого вида будут отсутствовать, если минимальное напряжение на входе детектора не попадёт в нелинейную область, т.е. 
. Для выполнения этого условия нужно, чтобы амплитуда несущего колебания на входе АД
.
2. Искажения из-за большой постоянной времени нагрузки tн. Рис. 7.7 поясняет механизм возникновения нелинейных искажений, вызванных слишком большой постоянной времени tн. При этом в интервале времени t1-t2 напряжение Ед>Uвх, диод закрыт и скорость разряда конденсатора Сн меньше скорости спадания напряжения Uвх. Условием отсутствия искажений является 
, где W — высшая угловая частота модуляции.
3. Искажения из-за соизмеримости частоты модуляции F и частоты несущего колебания fн. При соизмеримости частот F и fн напряжение Ед практически перестаёт следить за изменением Uвх. Поэтому частоту несущей следует выбирать из условия fн=fпр>(5-10)Fmax, где Fmax – максимальная частота модуляции.
4. Искажения из-за влияния разделительной цепи. Схема АД с разделительной цепью Ср Rвх показана на рис. 7.8. Напряжение Ед на резисторе Rн содержит постоянную составляющую Едо, соответствующую уровню продетектированной несущей и переменную низкочастотную составляющую, соответствующую передаваемому сообщению. Переменная составляющая проходит на вход следующего каскада (УНЧ) через цепь Ср Rвх. На конденсаторе Ср выделяется постоянная составляющая Едо=Uнcosq, где cosq — коэффициент передачи АД, Uн – амплитуда несущей напряжения на входе АД. Конденсатор Ср становится источником постоянного напряжения и вызывает ток Iсм, создающий на Rн запирающее напряжение 
. Детектор становится пороговым. Для борьбы с искажениями нужно выполнить условие: 
, что при заданных Rн и m сводится к правильному выбору 
. Кроме того, используют детектор с раздельной нагрузкой (рис. 7.9), в котором сопротивление 
нагрузки по постоянному току Rн=Rн1+Rн2. Смещение заметно уменьшается, так как создаётся только на Rн2. Однако во столько же раз снижается и коэффициент передачи Кд.
7.4 Виды ограничителей
Ограничителем называют устройство, обеспечивающее постоянство выходного напряжения при изменении входного в определённых пределах. Ограничители подразделяются на ограничители мгновенных значений и амплитудные. В ограничителях мгновенных значений обеспечивается постоянство максимальных или минимальных (или тех и других) значений на выходе ограничителя. На рис. 7.10 показаны сигналы на входе и выходе двухпорогового ограничителя. При превышении сигнала на входе некоторого порогового уровня Uпор.max, напряжение на выходе остаётся постоянным. Аналогично, если уровень сигнала на входе ниже Uпор.min, то напряжение на выходе также постоянное (в частности, нулевое).
Амплитудные ограничители (АО) служат для ограничения гармонических колебаний с медленно меняющейся амплитудой. Диаграммы соответствующих напряжений поразаны на рис.7.11. Напряжение на выходе АО постоянно по амплитуде, однако фаза и частота сигнала при ограничении практически не изменяются. Такие ограничители используются для устранения паразитной АМ и не вносят искажений в частотную и фазовую модуляции. АО применяются в РПрУ перед детекторами угловой модуляции (частотными и фазовыми) для устранения паразитной АМ, которая обязательно возникает в результате прохождения сигналов с угловой модуляцией через радиотракт с неидеальной АЧХ. При отсутствии АО паразитная АМ будет передана на выход детектора с угловой модуляцией, реагирующей на любые изменения амплитуды (см. ниже). Операция ограничения – нелинейная и для обеспечения на выходе АО гармонического напряжения нужно после нелинейного преобразования uвх осуществить фильтрацию (рис. 7.12).
В зависимости от вида нелинейной цепи АО подразделяются на диодные и транзисторные.
Диодный АО (рис. 7.13) — это резонансный однокаскадный усилитель, в котором параллельно контуру подключен диод с источником постоянного запирающего смещения Ед (схема с фиксированным смещением). Вместо источника можно включить параллельную RC – цепь (схема с автоматическим смещением). Напряжение Ед получается при этом за счёт детектирования напряжения на контуре Uк. Чтобы Ед практически не менялось при изменении огибающей напряжения на контуре постоянная времени t=RC выбирается достаточно большой (по сравнению с периодом паразитной АМ).
Принцип работы диодного АО: Если амплитуда напряжения на контуре Uk<Eд, то диод закрыт и не оказывает влияния на контур. В этом случае устройство работает как усилитель с коэффициентом усиления 
(рис. 7.14). Если Uk > Ед, то диод открывается, его входное сопротивление начинает шунтировать контур, (и шунтирует его тем больше, чем больше угол отсечки q), его эквивалентное сопротивление Rэ уменьшается, следовательно, снижается коэффициент усиления. Отметим, что снижение коэффициента усиления Ко при увеличении Uвх происходит до тех пор, пока увеличивается шунтирующее действие диода, т.е. возрастает угол отсечки q. (При Uвх>>Ед q » 90 о ). На рис. 7.14 представлена основная зависимость, характеризующая работу АО – амплитудная характеристика (АХ), показывающая как изменяется амплитуда выходного напряжения Uвых
Uk при изменении амплитуды входного напряжения Uвх.
Чтобы приблизить АХ к идеальной, следует выбирать диод с возможно большей крутизной, а контур с большим эквивалентным резонансным сопротивлением Rэ или включать в параллель два диода (для увеличения их шунтирующего действия).
7.5 Транзисторные АО
Существует несколько разновидностей транзисторных АО. Простейший выполнен на одном транзисторе и схема его совпадает со схемой усилителя (апериодического для ограничителя мгновенных значений или резонансного для АО). В отличие от усилителя транзистор АО работает в нелинейном режиме, для чего коллекторное напряжение Uкэо берут меньше чем в обычном усилителе. Процесс двустороннего ограничения иллюстрируется на рис. 7.15.
 |
Вопросы для самопроверки
1. На основе каких компонетов можно реализовать амплитудный детектор?
2. Поясните принцип действия синхронного АД.
3. Объясните принцип действия диодного АД с временной и спектральной точек зрения.
4. Как определяется, чему равен и от каких параметров зависит коэффициент передачи диодного АД с линейно – ломаной ВАХ без начального смещения?
5. От каких параметров зависит входное сопротивление последовательного диодного АД и почему оно меньше у параллельного АД?
6. Какие искажения возникают при детектировании АМ – колебаний и способы борьбы с ними?
7. В чём разница между ограничителем мгновенных значений и амплитудным ограничителем?
8. По какой характеристике оценивается действие амплитудных ограничителей и как выглядит идеальная характеристика?
9. Поясните принцип работы диодных и транзисторных АД.
10. Что такое детекторная характеристика АД? Как оно зависит от сопротивления нагрузки и почему?
Как работает диодный детектор
Перевод К Г. Финогенова и М. П. Шарапова
МикроЭВМ, обсуждавшиеся в предыдущей главе, представляют собой автономные вычислительные системы, скомпонованные вокруг микропроцессора и включающие обычно массовую память (диски), графические дисплеи, принтеры и, возможно, какое-то сетевое оборудование. Эти машины комплектуются терминалом, памятью и портами ввода-вывода, а также дополнительными вставными платами, расширяющими их возможности. МикроЭВМ прекрасно подходят для обработки текстов, выполнения вычислительной работы, построения систем автоматизированного проектирования (САПР) и даже автоматизированных систем управления производством (АСУП). В сочетании с коммерчески доступными аппаратными средствами микроЭВМ могут выступать в качестве программаторов логических устройств, логических анализаторов и интерфейсных процессоров в самых различных инженерных применениях. Встроив в разрабатываемый вами прибор или систему микропроцессор вместе с некоторыми дополнительными схемами, вы получите устройство, обладающее мощностью микроЭВМ. В такого рода «жестких» приложениях процессор выполняет фиксированную программу, зашитую в ПЗУ, при этом отпадает необходимость в массовой памяти (диски, лента), терминалах и т. д. Внешне прибор может иметь самый обычный вид, хотя его повышенную интеллектуальность часто выдает наличие специализированной клавиатуры. Приборы с микропроцессорным управлением, как правило, имеют лучшие характеристики при меньшей стоимости и более простом устройстве в сравнении с эквивалентными системами, выполненными на дискретных логических микросхемах. Более того, модификация или совершенствование прибора часто требует лишь написания новой программы.
Очевидно, что компетентный разработчик не может игнорировать отмеченные обстоятельства. Если вам требуются еще какие-то стимулы, можно отметить, что возня с микропроцессором — сущее удовольствие; встроив его в свой прибор, вы испытаете восхитительное чувство собственного могущества.
При разработке приборов с микропроцессорным управлением приходится уделять заметно больше внимания вопросам конструирования и программирования, чем при разработке микроЭВМ. В частности, следует выбрать тип памяти (статическое или динамическое ОЗУ, программируемое ПЗУ, электрически стираемое программируемое ПЗУ) и определить ее расположение в доступном «пространстве памяти»; определить форму ввода-вывода (включая выбор аппаратной реализации: обычные функциональные микросхемы среднего уровня интеграции или заказная БИС «периферийной поддержки»); написать и отладить встраиваемое программное обеспечение исходя из условий работы программно-управляемого прибора. Как правило, разработчики систем с микропроцессорным управлением должны свободно владеть как аппаратными средствами, так и программированием на языке ассемблера.
Большая часть концепций программирования и интерфейса с магистралью, обсуждавшихся в предыдущей главе применительно к микроЭВМ, непосредственно приложима к схемам микропроцессорного управления, и в дальнейшем мы предполагаем, что читатель знаком с содержанием гл. 10. Настоящую главу мы начнем с детального рассмотрения небольшого микропроцессора с элегантной системой команд, а именно МП Motorola 68008, который в сущности представляет собой 32-разрядный процессор (68000) с 8-разрядной внешней шиной данных.
Описав его архитектуру и систему команд, мы рассмотрим затем полный пример разработки — аналоговый «усреднитель сигналов», укомплектованный графическим дисплеем, цифровыми последовательными и параллельными портами и другими полезными деталями.
Естественно, никакая микропроцессорная система не может считаться завершенной без программного обеспечения, которое мы также рассмотрим применительно к нашему примеру. По ходу дела нам придется столкнуться с большими интегральными микросхемами — периферийными и памяти, и мы выскажем о них некоторые полезные замечания. Далее в главе будет уделено внимание синхронизации, шинам данных, а также другим популярным процессорам, включая микросхемы «микроконтроллеров» с высокой степенью интеграции. Наконец, мы отступим на шаг, чтобы обозреть весь процесс конструирования микропроцессорного устройства и коснемся систем разработки, макетных плат и эмуляторов.
Внимательный взгляд на МП 68008
Обилие микропроцессоров различных типов может поставить в тупик разработчика. Печальным правилом мира микропроцессоров является несовместимость различных микропроцессорных комплексов как в аппаратной реализации (сигнальные линии, интерфейсные протоколы и т. д.), так и в наборах команд. Вместо того чтобы пытаться подобрать наилучший микропроцессор для каждого применения, лучше остановиться на каком-то достаточно зарекомендовавшем себя микропроцессоре, создать для него систему разработки и накапливать с ее помощью опыт и знания. Это разумно еще и потому, что усилия и средства, затраченные на разработку программного обеспечения для микропроцессорной системы, часто превышают затраты на аппаратную разработку.