Сурет 2 -АМ сигналыны детектрленуі

Аспап жасау кафедрасы

 

N 4 лабораториялы жмысына тжірибелік нсау

«АМПЛИТУДАЛЫ МОДУЛДЕНГЕН СИГНАЛДАРЫНЫ ДЕТЕКТРЛЕНУІН ЗЕРТТЕУ»

 

«лшеуіш сигналдарды айта алыптасуы» пні бойынша

 

 

340640 «Апаратты лшеуіш техника»

мамандыыны студенттері шін

 

АРААНДЫ 2014


Жмысты масаты: Амплитудалы- модульденген сигналдардаы детекторлану кезіндегі физикалы процесстерді зерттеу жне схема параметрлеріні детекторлар жмысына ыпалы.

 

1 Жалпы мліметтер

 

1.1 Амплитудалы демодуляция

 

АМ спекторларында модульденген сигнала сйкес келетін, тмен жиілікті раушылар жо. Хабарлама сигналын ру шін, кері модуляциялы болатын, детектирлеу жргізу ажет.Детектирлеу, модуляция сияты– сигналдарды сызыты емес трленуі. Сызыты емес элемент шыару спекторын жаа спектральді компоненттер байытады, ал фильтр тмен жиілікті компонентерді ерекшелейді. Сызыты емес элементтер ретінде вакуумды диодтарды, транзисторларды, жартылай ткізгіштік диодтарды олдануа болады. Кбінесе жартылай ткізгіштік диодтар негізінде тек ана нктелік диодтарды олданылады, йткені жазы диодтарды лкен кірістік сыйымдылыы бар. АМ даы сигналдарды детектирленуін арастырайы. Бірінші суретте амплитудалы детекторларды сызбалары крсетілген.

 

Сурет 1 – тізбектей жалан (а) жне параллель(б) диодты АМ детекторлар схемасы.

 

Амплитудалы детекторларды негізгі параметрлері мен мінездемелері:

1. Тзеткіштер сипаттамаларыны класы .

2. Модулденбеген сигнал шін беріліс коэффициенті

3. Модулденген сигнал шін беріліс коэффициенті , мндаы - детекторды шыысты кернеуіні амплитудасы.

4. Детекторды кірістік кедергісі , мндаы - бірінші гармониканы тогы..

5. детекторыны кірістік кедергісі.

6. Фазалы жне жиілікті ауытулар

 

7. Сигналды сызыты емес ауытуы , мндаы - детектор жктемесіні кедергісіне блінетін шыысты сигналды гармоникалы уаты.

8. ТАСЫМАЛДАУШЫ ТЕРБЕЛІСТЕР БАСУЛАРЫНЫ КОЭФФИЦИЕНТІ . лшемі детекторды схемасынан,сзгі параметрінен, детектор жмысыны режимі жне трінен туелді.

Тізбекті детектор схемасыны мысалында АМ сигналыны детектрлену процесін арастырайы.

 

 

а)Диод арылы теті ток диаграммасы (алы сызы – орташа ток), б) осы токты спектрі, в) шыысты кернеуді спектрі

Сурет 2 -АМ сигналыны детектрленуі.

 

Осы тізбекті кірісіне АМ сигналын бергенде, онда ВЧ тербелісіні амплитудасына пропорционалды импульсті ток жреді (сурет 2а).Тменгі жиілікті RC-сзгісі ток импульсін интегралдайды жне детекторды шыысында алашы сигнал туралы апарата ие ток импульсіні тменжиілікті айналатын пайда болады. Конденсаторды разряд жне заряд уаыттарыны р трлі болатынына назар аудару керек, яни мндаы - тура баыттаы диодты кедергісі, С – R детекторыны жктемесіндегі кедергіні шунтталан сыйымдылыы, ал конденсатор разрядыны уаытты тратысы.деттегідей, бл уаыттар (мысалы - ондаан-жздеген Ом, - бірлік-ондаан кОм) боландытан атты згешеленеді. Тменгі жиілікті сзгіні уаытты тратысы айналатын АМ тербелісіні ауытымаан жаыртуын жне жоары жиілікті пульсацияларды ажетті дегейлестіруін амтамасыз ету шін тадалады:

,

мндаы - модулдеуші сигнал спектріндегі е жоары жиілік (детте жне бл шарттар орындалады).

Детектор жмысыны екі режимі болуы ммкін: квадратты жне «сызыты». Детекторды кірісіне АМ сигналын аз амплитудамен бергенде квадратты режим алыптасады. Екінші сатылы полином трінде диодты (сурет 3а) жмысты сипаттамасын суреттейік:

.

Анализді арапайымдылыы шін модулдеуші сигнал бл – гармоникалы тербеліс (сурет 3б) деп санайы жне . Бл сигнал АМ детектора се еткенде диодты тізбегінде ток пайда болады (сурет 3в):

.

айта жасаудан кейін диодтаы токты спектральды рамын мына трде крсетуге болады (индекстар гармониканы жиілігін крсетеді) :

.

Токты райтындар RC –сзгісінен теді. алан токтар детектрлену нтижесін крсетеді. Оларды (3в суретінде бл ток алы жне ттас сызыпен крсетілген) деп белгілеп жне шін мндерді кшіреміз, мндаы алынан мнні бірінші,екінші жне тртінші мшелері траты раушыны крсетеді. шінші мше – жиілікті токты раушысы-ол пайдалы, ал соы жиілікті мше сызыты емес ауытуын крсетеді:

.

Сонымен, лсіз сигналдарды детектрленуін тменжиілікті раушыны амплитудасы тасымалдаушы жиілікті амплитудасыны квадратына пропорционалды болуынан квадратты детектрлену деп атайды.

Квадратты детектрлену кезіндегі гармоник коэффициенті мынаан те:

 

Мысалы, m=100% - .

 

Тікбрыш айналатын жоарыжиілікті импульстерді квадратты детектрленуі кезінде шыысты импультерді формасы кіріске сер ететін айналатын ВЧ кернеуінен те аз ерекшеленеді. Біра, егер детекторды кірісіне гармоника саны кп,крделі сигналмен модулданан жоарыжиілікті тербеліс берілсе, онда детекторды шыысында негізгі жиілік жне оларды гароникасынан баса кп санды комбинациялы жилік пайда болады. Тере модуляция кезінде бл шыысты сигналды тембрына жне анытыылыына те атты сер етеді. Сондытан квадратты детектрленуді сигналды брмаланбаан жаыртуы ажет жадайда олданан тиімсіз.Детектрленуді бл трі жалпы лшеуіш техникада, радиолокацияларда жне т.б. олданады.

 

 

Сурет 3 – АМ сигналыны квадратты детекторыны жмысын айындайтын графиктер.

 

«Сызыты» детектирлену режимін арастырайы. Детектор жмысыны бл режимінде оны кірісіне лкен амплитудалы модулденген сигнал беріледі. Сонда диодты сипаттамасын тменгі иілімні исысызытыын ескермей, сынан тзумен жуытауа болады (сурет 4а):

,

 

мндаы S – ВАС крутизнасы. Детекторды кірісіне токты о амплитудаларыны айналдырушысы шін АМ сигналын бере отырып (сурет 4б) , шыысында мынаны аламыз: , ал шін ток айналдырушысыны орташа мні (4в суретінде алы сызыпен крсетілген) . Токты жоарыжиілікті компоненті RC–сзгісімен фильтрленетіндіктен, шыыс сигналыны спектр рамында тек траты ток жне модуляция коэффициентіне пропорционалды амплитудаа, жне модулдеуші сигнал жиілігіне те тменгіжиілікті жиілік болады.

Сонымен, сызыты диод детекторында сызыты емес ауытулар болмайды. Оан оса, сызыты детекторды берілу коэфициенті квадраттытан жоары. Жоарыда арастырылан детектрлену процесі сызыты деп аталанмен, детектрлену – нтижесінде кірістік сигналда болмаан жаа спектрлік рамдары пайда болатын сызыты емес процесс екнін ескеруіміз ажет. «Сызыты» деген атау алпына келген тменгіжиілікті сигнал ВЧ кірісіне пропорционалды екенін крсетеді.

Диодты детектор сигнал кзі болып табылатын тізбекке шунтталан рекет жасайды. Детекторды кірістік кедергісін энергетикалы тсініктен табамыз. Детектрмен пайдаланылатын жоарыжиілікті тербелісті уаты диодты кедергісінде жне жктемені кедергісінде басылады: .

уаттарын раушысы, диод арылы тетін бірінші гармоника тогы (оны амплитудалы мні) жне токты орташа квадратты мні арылы крсетеміз: Егер болса, онда . Сондытан, немесе . Сонымен, . Егер болса, онда , сондытан : .

Жоарыда арастырылан детекторлар негізінде бірпериодты тзеткіш схема болып табылады. Екітактылы детектор схемасы (сурет 5а) едуір жиіолданылады.

Детекторды уат кзі сигналды арсыфазалы кернеуімен жзеге асады. Осындай детекторды толы кіріс кедергісі - , ал шыысты - (схеманы толы симметриялыы кезінде). Мндай детекторды артышылыы болып шыыс кернеуіні пульсация жиілігіні тасымалдаушы тербеліс фильтрациясын жеілдететіндей екі есе кптігі болып табылады.

 

 

 

Сурет 4 –Сызыты детекторды жмысын крсететін графиктер.

 

Детекторды шыысты кернеуін жоарылату шін кейде кернеуі екі еселенген схема олданылады (сурет 5б).

 

Сурет 5 – Екітактілі детектор – а) жне кернеуі екі еселенген детектор схемасы – б)

 

 

1.2 Диодты детекторлар

 

Кбінесе замануи абылдаыштарда германийлік диодтардаы амплитудалы детекторларды олданады. Егер детектрлену ВЧ сигналды детектрге келетін маызды дегейде ндірілсе,онда диодты детекторды тізбекті схема бойынша орындалан (сурет 6) диодты детекторды кіріс кедергісі , параллельді схема бойынша орындалан детекторды кедергісі болады.

Детекторды шыысындаы ЗЧ кереуі:

 

 

 

Мндаы m — модуляция коэффициенті;

Кд —передачи детекторды беріліс коэффициенті;

Uвч — ВЧ тжырымдалатын кернеуі.

 

 

Сурет 6 – тізбекті схема арылы жаланан диодты детектор

 

Транзисторлы абылдаыштарды детекторлы каскадтары сигналдын аз тжырымдалан кернеуімен (30-300мВ) жне жктемені аз кедергісімен (2-15кОм) жмыс істейді.

Бл транзисторлы дыбысты кшейткіш жиіліктеріні кірісі мен детекторлы каскадты шыысы келісуі шін ажетті. Гармоникалара кіретін сигналдарды тмен дегейде болуы, траты ток бойынша тетін детектор диодыны тртібі мен аралы жиілікті жиілікті шыу кшейткіші детекторлармен келісімдеріні дрыстыына туелді. детте, детекторлы каскадтан шыуда, автоматты реттелу кшейткіштерінен траты ток кернеуі тсіп жатады.Транзисторлы абылдаыштарда бл транзисторды оректену шынжыр базасыны УПЧ каскадына лайыты диодыты жылжу ажеттілігіне келеді.

Диод арылы тетін ток, тбегейлі шарада детекторды берілу коэффициентін жне оны кіру сигналыны дегейіне туелділігін анытайды.з кезегінде детекторды берілу коэффициент мніне, оны кіріс кедергісі туелді:

Сигнал дегейіні згеруі кезінде детекторлы каскадты кіріс кедергісі згеретіні аны, жне УПЧ шыуымен детекторды келісу шарттары згереді.Гармоникаларды минималды коэффициенті бден натылы шарттарда ана пайда болады. Соы УПЧ каскадыны кшейткіш асиеттерін тиімді пайдалану шін, детектора е тмен болып тжырымдалатын кернеуді 30 — 50 мВ кернеуін санау ажет. Детекторды берілу коэффициенті жуы шамамен 0,2 ге те. УПЧ контурына осылу детекторыны ажетті коэффициенті, келесі формуламен аныталады:

 

Мндаы рд — байланыс катушкасыны орамдар саны мен УПЧ каскадыны соы контурлы катушкасыны орамдар саны детекторымен байласына те, детекторды осылу коэффициенті;

Кд — детекторды беріліс коэффициенті (сурет 7);

Rос — жктелмеген контурды эквивалентті кедергісі..

 

Сурет 7 – Детекторды берілу коэффициенті

 

Бндай дісте, УПЧ шыуымен детекторды келісуі, УПЧ кірісінде кернеуді кбею кезінде детекторды кернеуі згеріссіз алады.Детектор мінездемелеріні сызыты еместігі, оан кіретін кедергілерді сызыты еместігімен орын толтырып жатыр, бл гармоникаларды коэффициенті тмендетіп жатыр.Детектор диодына тжырымдалатын траты араластыру, диод арылы лкен емес ток 1 — 5 мкА алу шін ажет. детте, абылдаыштар схемасына айнымалы резисторлар енгізіп, оларды реттеуді кіші сызыты емес брмалануларды амтамасыз етеді.

8 суретте шынжырланан екі жартылай периодты детектор схемасы крсетілген, ол траты токта детекторды тадау тртібін амтамасыз етеді.

 

 

Сурет 8 – Екіжартыпериодты детектор

 

1.3 Транзисторлардаы детекторлар

 

Кері басланысты транзисторларда детекторлар орын немдеу масатында арапайым транзистор абылдаынтарда олданылады. ПОС ты олдану детекторлы каскад кіру жаынан сезгіштікті жоарлатуа жне оны арасында УРЧ каскадтарыны немесе УПЧ абылдаыштарыны санын азайтуа ммкіндік береді.Контура транзистор базаларыны осылуы 0,2— 0,5 болуы керек; бл жадайда кері байланыс серінен тбегейлі кшейту алуа болады. fгр>60 МГц транзисторды олдану кезінде детектор КВ диапазонында да жмыс істей алады, алайда мндай детекторы бар абылдаыштар детте трасыз жмыс істейді жне оларды алпына келтіру иын.

 

 

Сурет 9 – О кері байланысты детектор.

Заманауи транзисторлы абылдаыштарда, сіресе микросхемаларды олданумен, эмиттерлі детекторлар ке тарау алды (сурет 10).Оны ерекше айырмалыы болып,гармоникаларды тмен коэффициенті болып табылады.

Мндай детектор алдыы каскадты (Т1) УПЧ (УРЧ) коллекторлы жктемесіне тікелей жалануы ммкін жне оны жктемелі кедергісінде (R3 жне R4 резисторлары) сигнал жо кезде траты токты кернеуі алдыы каскад коллекторына араанда 0,2 — 0,6 В-ке аз болады.

Бл кернеуді ,АРУ мен амтылан, каскад транзисторыны жмыс нктесін айындау шін ажет.Сигнал бар болан жадайда, бл кернеуге радиостанциямен абылданатын, ктергіш жиілікті тіктелген кернеуі осылады. Т2 (детектор) транзистор базасына модуляция тередігі 30% болатын жоарыжиілікті кернеуді жинатаанда, детекторды шыысында дыбысты жиілікті (ЗЧ) 10 мВ кернеуі жне АРУ тізбегі шін траты токты 40 мВ-ке жуы кернеуі болады.Конденсатор С2 міндетті трде коллекторлы транзистормен бірлескен трде болуы керек, жаымсыз жадайда бірнеше каскады бар РЧ трактілі абылдаышта здігінен озу пайда болады. Детекторды жиілікті мінездемесі конденсатор сыйымдылыынан аз туелділікте болады, йткені детекторды шыу кедергісі тмен. р-n-р транзисторларын Т2 сапасында олдану шін орек кзіні полярлыын згерту ажет;Т1 транзисторыны рылымындай Т2 транзисторын тиімді олдану.

 

Кремнийлік транзисторды олдананда детекторды шыысты кернеуі сигнал жо кезде Т1 коллектордаы кернеуден 0,6 В-ке кіші, ал германийлікте 0,15 — 0,2 В-ке кіші.

Мндай детектор ке жолаты УПЧ мен жасы келіседі.

 

Сурет 10 – Эмиттерлік детектор

 

 

2 ЖМЫСТЫ ОРЫНДАЛУ РЕТІ

 

 

2.1 ПОДВОДИМЫЙ ВЧ кернеуі, модуляция коэффициенті, детекторды беріліс коэффициентіні берілген мндері арылы детекторды шыысындаы ЗЧ кернеуін анытау (сурет 6, 8);

· тізбекті схемамен орындалан диодты детекторды кіріс кедергісісін жне параллельді схемамен орвндлан детекторы кедегісін есептеу;

· баылау сратарына жауап беру.

 

Тапсырма нсалары.

1 кесте

№ Uвч, В m Kд Rн, кОм
1 (сурет 6) 0,5 0,1
2 (сурет 6) 0,7 0,15 18,5
3 (сурет 6) 0,9 0,2
4 (сурет 6) 1,2 0,3
5 (сурет 6) 3,0 1,0
6 (сурет 6) 1,0 0,24
7 (сурет 6) 1,4 0,36
8 (сурет 8) 1,6 0,4 7,4
9 (сурет 8) 1,8 0,42 4,1
10 (сурет 8) 2,0 0,5 4,5
11 (сурет 8) 2,2 0,54 3,0
12 (сурет 8) 2,4 0,6 3,6
13 (сурет 8) 2,6 0,7 2,9
14 (сурет 8) 2,8 0,85 2,5
15 (сурет 8) 2,9 0,9 2,1

 

 

2.2 Жмысты орындау мысалы:

 

 

№ Uвч, В m Kд Rн, кОм
5 (сурет 6) 3,0 1,0

 

Детекторды шыысындаы ЗЧ кернеуі

Тізбекті схемамен орындалан диодты детекторды кіріс кедергісі

Параллельді схемамен орындалан детекторды кедергісі .

 

3 НТИЖЕНІ ОРЫТЫНДЫЛАУ

Есеп беру келесі блімдерден труы керек:

1 Жмысты масаты;

2 Есептеу нтижелерін орытындылау мен детектор схемасынан;

Оформление результатов вычислений по заданному варианту и схему детектора;

3 Маліммен ойылан, баылау сратарыны жауаптарынан.

 

 

ЗЕРТХАНАЛЫ ЖМЫСА АРНАЛАН БАЫЛАУ СРАТАР

 

1. Модуляция дегеніміз не? Ол андай масатта олданылады?

АМ спекторларында модульденген сигнала сйкес келетін, тмен жиілікті раушылар жо. Хабарлама сигналын ру шін, кері модуляциялы болатын, детектирлеу жргізу ажет.

2. Тасымалдаушы тербеліс модуляция трі алай аныталады?

. лшемі детекторды схемасынан,сзгі параметрінен, детектор жмысыны режимі жне трінен туелді.

3. Радиосигналды тасымалдаушы жиілік трі алай аныталады?

 

4. ВЧ тербелісіні амплитудалы модуляциясы алай жзеге асатынын уаытша диаграмма арылы крсет. Бл жадайда андай процесстер жреді?

5. АМ сигналы шін сызыты емес ауытуларды пайда болуын уаытша диаграмма кмегімен графикалы рылыммен крсету.

6. АМ сигналын модуляция коэффициентіні физикалы мні андай?

7. Амплитудалы модуляцияны кемшіліктері?

8. АМ сигналыны m анытау, егер

9. Егер болса, онда контурдаы ВЧ тербелістеріні амплитудалары андай?

10. АМ сигналдарыны бгелу шыдамдылыын салыстыру.

11. Жиілікті модуляцияны индексін анытау , егер .

12. Радиохабарда, теледидарда дауыс бру шін андай мндері олданылады?

13. Детектрленуді квадратты режиміні сызытытан айырмашылыы?

14. Детектрленуді квадраты режиміне андай кемшіліктер сай?

15. АМ сигналды детектрленуі алай жзеге асатынын уаытша диаграммалар арылы крсету. Бл жадайда андай процесстер жреді?

16. Детекторлар схемаларында андай жадайда жиілікті жне сызыты емес ауытулар пайда болады?

17. АМ детекторларды андай сипаттамалар мен параметрлер арылы сипаттаа болады?

18. УЗЧ транзистор кірісімен детекторлы каскад шыысын иыстыру шн андай шарттар ажет?