Экономичные транзисторные детекторы АМ и ЧМ сигналов

                                             без источников питания.

Экономичные транзисторные детекторы АМ и ЧМ сигналов
без источников питания.
(продолжение)

к.т.н., доцент УТОЧКИН Геннадий Васильевич

к.т.н. РОЗОВ Андрей Валентинович

Рассматриваемые детекторы выполнены на транзисторах

без  подключения  к  ним  источников  питания  постоянного тока.

Несмотря на это, за счет входных сигналов высокой частоты

 транзисторы  в  определенные  моменты  времени    открываются

 и работают в активном режиме, т.е. способны усиливать сигналы

 полезной модуляции или постоянной составляющей, возникающих

 в результате детектирования.                                                                  

II.   Детектор частотно-модулированных сигналов.

            Принципиальная схема такого детектора приведена на рис.1.

      Как и амплитудный детектор без источника питания, частотный детектор представляет собой транзисторный каскад с общей базой, на эмиттер которого подается входной высокочастотный сигнал через разделительный конденсатор С1. В эмиттерную цепь включены резистор смещения R1 и ограничительный диод  VD (можно установить два параллельно встречно включенных диода). В базовую цепь транзистора включен параллельный колебательный контур L1C3, настроенный на частоту входного высокочастотного сигнала, а в коллекторную цепь - резистор нагрузки R3 и фильтрующий высокочастотный сигнал конденсатор С5. Смещение на базе транзистора осуществляется с помощью резистора R2 и параллельно включенного ему конденсатора С4. Цепочка R2C4 может быть подключена к коллектору, как показано на рис.1 или к общей шине. Однако в первом случае осуществляется отрицательная обратная связь по постоянному току и огибающей ЧМ-сигнала, что уменьшает нелинейные искажения и увеличивает стабильность детекторной характеристики.

     При действии на входе детектора высокочастотного сигнала часть его, через емкость эмиттерно-базового перехода выделяется на колебательном контуре L1C3. Из-за высокой добротности контура напряжение на нем на резонансной частоте может быть больше величины входного сигнала, поэтому  эмиттерно-базовый переход в определенные моменты может открываться при входном напряжении 200-300 мВ (т.е. порог детектирования может быть значительно меньше порогового напряжения базо-эмиттерного перехода кремниевого транзистора). Для уменьшения порога детектирования между базой и эмиттером может быть включен дополнительный конденсатор небольшой емкости (С2 на рис.1).

     Таким образом, на эмиттере и базе транзистора детектора действуют два высокочастотных сигнала, причем в зависимости от расстройки частот сигнала и резонансной частоты контура L1C3 фазы этих сигналов оказываются различными согласно фазо-частотной характеристики колебательного контура.

     Детектирование этих сигналов приводит к возникновению в коллекторной цепи транзистора тока, зависящего от расстройки на характерной кривой детекторной характеристики с нулевым значением на  резонансной частоте, отрицательным значением при частоте сигнала, меньшей резонансной частоты контура и положительном - при большей частоте.

     Следует отметить, что эта характеристика реализуется при отсутствии источника питания транзисторного ЧМ-детектора.

     Экспериментально измеренные детекторные характеристики ЧМ-детектора (рис.1), выполненного на транзисторе КТ368А при различных напряжениях входного сигнала  и резонансной частоте контура 20 МГц, приведены на рис.2.

     Из графиков на рис.2 видно, что при небольшой величине входного напряжения до 0,5 В детекторные характеристики  симметричны, линейны и проходят через нулевое значение выходного напряжения при резонансной частоте, что важно в системах автоматической подстройки частоты. Минимальное значение входного напряжения составляет 150-200 мВ. При больших значениях входного сигнала детекторная характеристика искажается и смещается влево. Это связано с насыщением транзистора при отрицательных расстройках и больших амплитудах входных сигналов. Для исключения такого режима работы детектора необходим ограничитель входных сигналов до уровня 0,5...0,7В. Протяженность линейного участка детекторной характеристики и его крутизна зависят от величины входного сигнала, а также от добротности колебательного контура. С увеличение5м амплитуды входного сигнала крутизна и протяженность линейного участка детекторной характеристики увеличиваются, что особенно заметно при небольших амплитудах входного сигнала. В случае необходимости увеличить длину линейного участка детекторной характеристики можно, подключив к колебательному контуру шунтирующий резистор. Однако при этом уменьшится крутизна характеристики и увеличится значение порогового напряжения детектирования.

     На рис. 3 приведена зависимость выходного напряжения модулирующего сигнала от входного высокочастотного напряжения с центральной частотой 20 МГц и девиацией частоты 50 кГц при минимальных нелинейных искажениях.

     Из графика рис.3 видно, что с помощью рассматриваемого детектора возможно качественное детектирование ЧМ сигнала с минимальным напряжением 150 мВ без использования источника питания.

[1] Уточкин Г.В., Гончаренко И.В. Амплитудный детектор. Авт. св. СССР №1672552., опубл. 23.08.91. Бюл. №31