ДЕТЕКТОР АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

Предполагаемая полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиоприемных устройствах, системах электрической связи и т.п.
Известно устройство детектора амплитудно-модулированных сигналов (Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы / учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2000. - С. 297). В этом устройстве имеются диод, резистор и конденсатор. При этом катод диода соединен с первыми выводами резистора и конденсатора. Вторые выводы резистора и конденсатора соединены с общей шиной. Амплитудно-модулированный сигнал прикладывается между анодом диода и общей шиной. Выходной сигнал снимается с узла соединения катода диода и первых выводов резистора и конденсатора.
Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, является наличие резистора и конденсатора.
К недостаткам аналога можно отнести следующее. Вольт-амперная характеристика диода носит явно выраженный нелинейный характер. При работе диода в нелинейной области уровень нелинейных искажений может иметь существенную величину и достигать 25%.
Нелинейный характер вольт-амперной характеристики диода и высокий уровень нелинейных искажений и то, что амплитудно-модулированный сигнал от входа устройства к его выходу проходит через диод, приводит к снижению достоверности преобразования амплитудно-модулированного сигнала с целью выделения как непрерывных, так и дискретных видеосигналов.
Известно устройство амплитудного детектора (Авторское свидетельство 564707 SU, МПК H05D 1/18, Гуренко B.C., Вахрушев С.В., Аристархов Г.М., опубликивано 05.07.77, БИ №25). Амплитудный детектор имеет основной и стабилизирующий транзисторы n-p-n-типа, пять резисторов и конденсатор. Первые выводы первого и пятого резисторов соединены с шиной источника напряжения питания. Второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго роезистора и с базой стабилизирующего транзистора. Второй вывод второго резистора соединен с коллектором стабилизирующего транзистора и с первым выводом третьего резистора, второй вывод третьего резистора соединен с первым выводом четвертого резистора и базой основного транзистора. Этот узел соединения элементов является входом устройства. Второй вывод пятого резистора соединен с коллектором основного транзистора и первым выводом конденсатора. Этот узел соединения элементов является выходом устройства. Эмиттеры основного и стабилизирующего транзисторов, второй вывод четвертого резистора и второй вывод конденсатора соединены с общей шиной.
Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются биполярный транзистор n-p-n-типа, пять резисторов и конденсатор, где первый вывод четвертого резистора соединен с базой транзистора, второй вывод этого резистора и второй вывод конденсатора соединены с общей шиной. Первый вывод конденсатора соединен со вторым выводом пятого резистора
К недостаткам аналога необходимо отнести следующее. В амплитудном детекторе напряжение на коллекторе стабилизирующего транзистора выбирается таким образом, чтобы основной транзистор работал в режиме отсечки коллекторного тока в течение отрицательной полуволны входного амплитудно-модулированного сигнала. Режим отсечки коллекторного тока (ток коллектора транзистора стремится к нулю) транзистора достигается при напряжении база-эмиттер транзистора стремящемся к нулю вольт. В этом случае основной транзистор в устройстве работает на явно выраженном нелинейном участке проходной характеристики транзистора. В результате этого, из-за нелинейности проходной характеристики транзистора, растет уровень нелинейных искажений выходного сигнала, соответственно, форма сигнала на выходе детектора будет искажаться. Это приводит к тому, что достоверность преобразования амплитудно-модулированного сигнала при выделении как непрерывных, так и дискретных видеосигналов в ходе детектирования снижается из-за роста уровня нелинейных искажений.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является детектор амплитудно-модулированных сигналов (Авторское свидетельство 1596429 Al SU, МПК H03D 1/18, Кириллов А.А., опубликивано 30.09.90, БИ №36). В этом устройстве имеются биполярный транзистор n-p-n-типа, трансформатор, резистор смещения, блокировочный конденсатор, резистор нагрузки и сглаживающий конденсатор. В устройстве первый вывод первичной обмотки трансформатора соединен с коллектором транзистора. Этот узел соединения является входом устройства. Второй вывод первичной обмотки трансформатора соединен с общей шиной. Первый вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с базой транзистора, а второй вывод этой обмотки соединен с первыми выводами резистора смещения и блокировочного конденсатора. К второму выводу резистора смещения прикладывается напряжение смещения. Второй вывод блокировочного конденсатора соединен с общей шиной. Первые выводы резистора нагрузки и сглаживающего конденсатора соединены с эмиттером транзистора. Этот узел соединения является выходом устройства. Вторые выводы резистора нагрузки и сглаживающего конденсатора соединены с общей шиной.
Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются биполярный транзистор n-p-n-типа, два резистора и конденсатор, где первый вывод резистора нагрузки соединен с эмиттером транзистора, второй вывод сглаживающего конденсатора соединены с общей шиной.
Прототипу свойственны следующие недостатки.
Использование трансформатора с коэффициентом трансформации равным единице в цепях управления транзистора (база и коллектор транзистора), приводит тому, что при приложении ко входу устройства амплитудно-модулированного сигнала, на p-n-переходе коллектор-база транзистора мгновенное напряжения входного сигнала равно нулю. Это приводит к тому, что p-n-переход коллектор-база транзистора в детектировании амплитудно-модулированного сигнала не участвует. Детектирование осуществляется с помощью p-n-перехода база-эмиттер транзистора. Однако, в этом случае, относительно амплитудно-модулированного сигнала, p-n-переход база-эмиттер транзистора может рассматриваться как диод. Вольт-амперная характеристика р-n-перехода база-эмиттер транзистора имеет явно выраженный нелинейный характер. Кроме этого амплитудно-модулированный сигнал при детектировании проходит через p-n-переход база-эмиттер транзистора, вольт-амперная характеристика которого имеет нелинейную зависимость. Это приводит к росту уровня нелинейных искажений выходного сигнала при малых амплитудах входного сигнала.
Таким образом, то, что спектральные составляющие амплитудно-модулированного сигнала проходят к выходу устройства через р-n-переход база-эмиттер транзистора, и нелинейный характер вольт-амперной характеристики p-n-перехода база-эмиттер транзистора, приводит к снижению достоверности преобразования амплитудно-модулированного сигнала при выделении как непрерывных, так и дискретных видеосигналов в ходе детектирования.
Задачей предлагаемого устройства является повышение достоверности преобразования амплитудно-модулированного сигнала при выделении как непрерывных, так и дискретных видеосигналов в ходе детектирования.
Технический результат достигается тем, что в детектор амплитудно-модулированных сигналов, содержащий биполярный транзистор n-р-n-типа, два резистора и конденсатор, где первый вывод второго резистора соединен с эмиттером транзистора, первый вывод третьего резистора соединен с шиной источника напряжения питания, второй вывод конденсатора соединен с общей шиной, введены первый, четвертый и пятый резисторы, причем коллектор биполярного транзистора соединен с шиной источника положительного напряжения питания, первый вывод первого резистора является входом устройства, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом пятого резистора и узлом соединения эмиттера биполярного транзистора и первого вывода второго резистора, второй вывод второго резисторасоединен с шиной источника отрицательного напряжения питания, второй вывод третьего резистора и первый вывод четвертого резистора соединены с базой биполярного транзистора, второй вывод четвертого резистора соединен с общей шиной, второй вывод пятого резистора соединен с первым выводом конденсатора и является выходом устройства.
Анализ существенных признаков аналогов, прототипа и заявляемого технического решения выявил то, что в заявляемом техническом решении, биполярный транзистор n-p-n-типа включен по схеме с общей базой. Входной амплитудно-модулированный сигнал через первый резистор прикладывается к эмиттеру транзистора. На базе транзистора поддерживается постоянное напряжение. В этом случае транзистор выполняет роль ограничителя напряжения. При ограничении напряжения отрицательные полуволны амплитудно-модулированного сигнала отсекаются. К первому выводу пятого резистора, не проходя через транзистор, поступают только положительные полуволны амплитудно-модулированного сигнала, содержащие как высокочастотные, так и низкочастотные спектральные составляющие амплитудно-модулированного сигнала. Высокочастотные спектральные составляющие через конденсатор замкнутся на общую шину, а на выход устройства пройдут низкочастотные спектральные составляющие, обеспечивая формирование выходного видеосигнала. Таким образом, сигнал к выходу устройства проходит через линейные элементы: первый, второй и пятый резисторы и конденсатор. Прохождение сигналов через линейные электрические цепи исключает возникновение нелинейных искажений сигнала и соответственно исключает искажение выходного видеосигнала за счет присутствия нелинейных искажений. Это позволяет повысить достоверность преобразования амплитудно-модулированного сигнала при выделении как непрерывных, так и дискретных видеосигналов в ходе детектирования.
Доказательство наличия причинно-следственной связи между заявляемой совокупностью признаков и достигаемым техническим результатом приводится далее.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема электрическая принципиальная детектора амплитудно-модулированных сигналов.
На фиг. 2 представлена форма амплитудно-модулированного сигнала (верхняя диаграмма) и видеосигнал на выходе детектора амплитудно-модулированных сигналов (нижняя диаграмма), когда модулирующий сигнал имеет одну спектральную составляющую, изменяющуюся по гармоническому закону.
На фиг. 3 представлена форма амплитудно-модулированного сигнала (верхняя диаграмма) и видеосигнал на выходе детектора амплитудно-модулированных сигналов (нижняя диаграмма), когда модулирующий сигнал имеет две спектральные составляющие, изменяющиеся по гармоническому закону.
Диаграммы, представленные на фиг. 2 - фиг. 3, получены моделированием детектора амплитудно-модулированных сигналов (фиг. 1) с использованием программы схемотехнического моделирования Micro-Cap 9.
вх
п
Детектор амплитудно-модулированных сигналов (фиг. 1) содержит биполярный транзистор n-р-n-типа (2), первый резистор (1), второй резистор (3), третий резистор (4), четвертый резистор (5) и пятый резистор (6), конденсатор (7). Первый вывод первого резистора (1) служит входом (8) детектора, на который подается амплитудно-модулированный сигнал u(t). Второй вывод первого резистора (1), первый вывод второго резистора (3), первый вывод пятого резистора (6) и эмиттер транзистора (2) соединены между собой. Коллектор транзистора (2) и первый вывод третьего резистора (4) соединены с шиной источника положительного напряжения питания +Е (9). Второй вывод третьего резистора (4), первый вывод четвертого резистора (5) и база транзистора (2) соединены между собой. Второй вывод пятого резистора (6) и первый вывод конденсатора (7) соединены между собой. Этот узел соединения является выходом (10) детектора. Второй вывод второго резистора (3) соединен с шиной источника отрицательного напряжения питания (12), второй вывод четвертого резистора (5) и второй вывод конденсатора (7) соединены с общей шиной (11).
Работает детектор амплитудно-модулированных сигналов (фиг. 1) следующим образом.
На постоянном токе на эмиттере биполярного транзистора n-р-n-типа (2) поддерживается потенциал близкий к нулю вольт:
п
0
где Е - величина напряжения источника питания; R4 и RS - величины сопротивлений третьего (4) и четвертого (5) резисторов; V – напряжение, падающее на прямо смещенном p-n-переходе база-эмиттер транзистора (2).
При поступлении отрицательной полуволны амплитудно-модулированного сигнала на вход (8) детектора на эмиттере транзистора (2) потенциал будет поддерживаться близким к нулю вольт, поскольку транзистор (2) работает как ограничитель напряжения. При поступлении положительной полуволны амплитудно-модулированного сигнала на вход (8) детектора потенциал эмиттера транзистора (2) будет повышаться, переводя транзистор (2) в режим отсечки. В результате этого в узле соединения второго вывода первого резистора (1), первого вывода второго резистора (3), первого вывода пятого резистора (6) и эмиттера транзистора (2) сформируется поток положительных полуволн амплитудно-модулированного сигнала. Поток положительных полуволн амплитудно-модулированного сигнала представляет собой поток положительных полуволн высокочастотного несущего колебания амплитудно-модулированного сигнала. Низкочастотная составляющая представляет собой огибающую амплитудно-модулированного сигнала, определяя интенсивность каждой полуволны высокочастотного сигнала. Полное сопротивление конденсатора (7) зависит от частоты сигнала, который прикладывается к конденсатору (7), и емкости конденсатора
где ƒ - электрическая частота сигнала; С - емкость конденсатора.
При формировании амплитудно-модулированного сигнала несущее колебание выбирается с частотой на несколько порядков больше, чем верхняя частота модулирующего сигнала. Соответственно величина емкости конденсатора выбирается такой, чтобы полное сопротивление конденсатора относительно высокочастотного несущего колебания имело бы весьма малую величину. В этом случае полное сопротивление конденсатора относительно частоты изменения модулирующего сигнала будет иметь высокое сопротивление. Это приводит к тому, что высокочастотные составляющие несущего колебания будут подавляться, а на выходе детектора появится непрерывный или импульсный видеосигнал, характеризующие модулирующий сигнал.
В предлагаемой заявке на полезную модель детектора амплитудно-модулированных сигналов при детектировании амплитудно-модулированный сигнал не проходит к выходу устройства через транзистор, а проходит через линейные элементы: первый резистор (1), второй резистор (3), пятый резистор (6) и конденсатор (7). Поэтому видеосигнал, который появляется на выходе детектора, не подвергается нелинейным искажениям. Это позволяет повысить достоверность преобразования амплитудно-модулированного сигнала при выделении как непрерывных, так и дискретных видеосигналов на выходе устройства в ходе детектирования.
Таким образом, доказана практическая реализуемость заявляемого устройства детектора амплитудно-модулированных сигналов.