Полупроводниковые демодуляторы.

Для преобразования переменного напряжения сигнала в постоянное (пульсирующее), полярность которого определяется сдвигом фаз между напряжением сигнала и опорным напряжением, применяются преобразовательные устройства; называемые демодуляторами. Величина выходного напряжения демодулятора должна быть пропорциональна напряжению сигнала в определенном диапазоне его изменения. За пределами этого диапазона выходное напряжение должно быть неизменным.

Напряжение сигнала и опорное (коммутирующее) напряжение должны быть получены от одного источника. В общем случае напряжение сигнала является несинусоидальным.

Основные свойства демодулятора определяются зависимостью среднего выпрямленного напряжения на нагрузке от амплитуд и фаз гармонических составляющих напряжения сигнала.

Среднее выпрямленное значение напряжения на нагрузке однополупериодного демодулятора от нечетной гармоники напряжения сигнала определяется следующим выражением:

где — номер нечетной гармоники;

— амплитуда нечетной гармоники;

— начальная фаза нечетной гармоники.

Среднее выпрямленное значение напряжения на нагрузке от первой гармоники

При напряжение на нагрузке имеет наибольшую величину. С увеличением угла сдвига фаз напряжение на нагрузке уменьшается и при оно равно нулю. Это свойство демодулятора часто используется для подавления -градусной (квадратурной) составляющей сигнала.

При напряжение на нагрузке меняет знак и при достигает наибольшей величины обратной полярности. Это свойство демодулятора является основным.

Напряжение на нагрузке демодулятора зависит от наличия высших нечетных гармоник напряжения сигнала, но их влияние ослабляется пропорционально номеру гармоники.

Среднее выпрямленное значение напряжения на нагрузке от любой четной гармоники напряжения сигнала равно нулю и не зависит ни от начальной фазы четной гармоники, ни от ее амплитуды. Это свойство позволяет использовать демодулятор для подавления четных гармоник напряжения сигнала.

В двухполупериодной схеме демодулятора напряжение на нагрузке от всех гармоник напряжения сигнала в 2 раза больше, чем в однополуперйодной.

Каскад, предназначенный для демодуляции без усиления сигнала по мощности, называют фазочувствительным выпрямителем, а каскад, используемый для демодуляции при одновременном усилении сигнала по мощности, обычно называют фазочувствительным усилительным каскадом, или фазочувствительным усилителем.

Одна из наиболее распространенных схем однопол упер йодного выпрямления приведена на рис. 111.11. В схеме плечи моста образованы источниками питания и сопротивлениями нагрузки. При этом транзистор включен в диагональ моста. Переменное напряжение питания подводится к схеме от вторичной обмотки силового трансформатора, имеющей вывод от средней точки, нагрузка включается по дифференциальной схеме. Если нагрузка не имеет вывода от средней точки, то в плечи моста надо включить четыре диода, в одну диагональ — источник питания, в другую — транзистор. Двухполуперйодный вариант схемы показан на рис. 111.12, в которой при нулевом напряжении сигнала через сопротивление нагрузки протекает переменный ток. В первый полупериод амплитуда этого тока Поэтому среднее значение тока в нагрузке при напряжении сигнала, равном нулю, не зависит от обратных коллекторных токов транзисторов" и коэффициентов нестабильности полностью определяется разностью обратных токов двух групп диодов, каждая из которых состоит из четырех диодов. Так как обратный ток

диода мало зависит от обратного напряжения, ток в нагрузке при нулевом напряжении сигнала

В качестве фазочувствительных выпрямителей обычно применяются диодные мостовая или кольцевая схемы. Основным недостатком мостовой схемы является дрейф нуля, зависящий от неидентичности характеристик диодов, что является существенным при низких уровнях мощности в нагрузке.

Рис. III.11. Однополупериодный фазочувствительный усилительный каскад с дифференциальной нагрузкой

Рис. III.12. Двухполупериодный фазочувствительный усилительный каскад с недифференциальной нагрузкой

Основным недостатком кольцевой схемы является низкий коэффициент передачи. Применение транзисторов в качестве переключателей позволяет построить схемы фазочувствительных выпрямителей, в значительной степени свободные от недостатков диодных схем [2].