Детектирование колебаний. Радиоприемник прямого усиления

Детектирование (от лат. detectio — открытие, обнаружение) преобразование электрических колебаний, в результате которого получаются колебания более низкой частоты или постоянный ток. Наиболее распространённый случай Д. — демодуляция — состоит в выделении низкочастотного модулирующего сигнала из модулированных высокочастотных колебаний. Детектирование применяется в радиоприёмных устройствах для выделения колебаний звуковой частоты, в телевидении — сигналов изображения и т.д.

Модулированное по амплитуде колебание представляет собой в простейшем случае совокупность трёх высоких частот ω, ω + Ω и ω — Ω, где ω — высокая несущая частота, Ω — низкая частота модуляции. Т. к. сигнала частоты Ω нет в модулированном колебании, то Д. обязательно связано с преобразованием частоты. Электрические колебания подводятся к устройству (детектору), которое проводит ток только в одном направлении. При этом колебания превратятся в ряд импульсов тока одного знака. Если амплитуда детектируемых колебаний постоянна, то на выходе детектора импульсы тока имеют постоянную высоту. Если амплитуда колебаний на входе детектора изменяется, то высота импульсов тока становится различной. Огибающая импульсов при этом повторяет закон изменения амплитуды подводимых к детектору модулированных колебаний. Если колебания выпрямляются лишь частично, т. е. ток через детектор течёт в обоих направлениях, но электропроводность детектора различна, то Д. также происходит. Т. о., для Д. можно использовать любое устройство с различной электропроводностью в различных направлениях, например Диод. Спектр частот тока, прошедшего через диод, значительно шире спектра исходного модулированного колебания. Он содержит постоянную составляющую, колебание частоты Ω, а также составляющие с частотами ω, 2ω, Зω и т.д. Для выделения сигнала частоты Ω ток диода пропускается через линейный фильтр, обладающий высоким сопротивлением на частоте Ω и малым сопротивлением на частотах ω, 2ω и т.д. Простейший фильтр состоит из сопротивления R и ёмкости С, величина которых определяется условиями ω RC >> 1 и Ω RC << 1. Напряжение на выходе этого фильтра имеет частоту Ω и амплитуду, пропорциональную глубине модуляции входного колебания высокой частоты.

Рассмотренный детектор с кусочно-линейной зависимостью тока от напряжения называется линейным, воспроизводит практически без искажений колебание низкой частоты Ω, которым модулировался входной сигнал. Значительно бо́льшие искажения получаются при квадратичном Д., когда зависимость между током I и напряжением V выражается квадратичным законом: I = I₀ + AV + BV². Модулированный по амплитуде сигнал, поданный на квадратичный детектор, вызовет ток через детектор, в спектре которого содержатся частоты: Ω, 2Ω, ω — Ω, ω, ω + Ω, 2ω — Ω, 2ω + Ω и т.д. Линейный фильтр легко отсеивает все частоты, начиная с третьей, однако колебание частоты 2Ω ослабляется фильтром слабо и является искажающей сигнал Ω «помехой». Избавиться от неё можно лишь при малой глубине модуляции, т.к. амплитуда тока частоты 2Ω пропорциональна квадрату глубины модуляции входного сигнала.

Один и тот же диод может работать и как квадратичный, и как линейный детектор в зависимости от величины поступающего на него сигнала. Для малого сигнала характеристика диода квадратична, для большого же сигнала характеристику можно считать «кусочно-линейной». Т. о., для Д. с малыми искажениями желательно подавать на детектор достаточно большой сигнал.

Для Д. используется нелинейность зависимости тока от напряжения в вакуумных и полупроводниковых диодах (диодное Д.), нелинейность характеристики участка сетка-катод вакуумного Триода (сеточное Д.), нелинейность зависимости анодного тока триода от напряжения на его сетке (анодное Д.). Сам процесс Д. во всех случаях сводится к диодному Д., только при сеточном и анодном Д. он сопровождается усилением сигналов в триоде. Д. возможно и в оптическом диапазоне, где оно осуществляется с помощью фотоприёмников (фотоэлементов, фотоумножителей, фотодиодов и т.д.) или нелинейных кристаллов.

Рис. 1. На входе детектора колебания с постоянной амплитудой (а); на выходе детектора импульсы тока I одинаковой высоты (б). Детектор регистрирует постоянную составляющую тока.

Рис. 2. а — колебания с амплитудной модуляцией на входе детектора; б — импульсы тока на его выходе. Детектор регистрирует переменный ток низкой частоты (нижняя пунктирная линия).

Рис. 3. а — амплитудно-модулированное колебание на входе детектора; б — вольтамперная характеристика детектора; в — колебания тока на выходе детектора.

Радиоприёмник прямого усиления — радиоприёмник, в котором отсутствуют промежуточные преобразования частоты, а отфильтрованный от соседних каналов и усиленный сигнал принимаемой радиостанции поступает непосредственно на детектор.

Устройство