На главную

Опубликовано:

Митрошенков Н. Иноземцев В.А.

ОСОБЕННОСТИ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ АМ СИГНАЛОВ

Наличие потенциального барьера на pn-переходе полупроводникового диода существенно влияет на процесс детектирования слабых амплитудно-модулированных сигналов. Особенно велико это влияние для кремниевых диодов.

На рисунке 1 приведена осциллограмма вольтамперной характеристики кремниевого диода КД503. Из осциллограммы рисунка 1 видно, что при напряжении менее 0,6  вольта, приложенном к диоду в прямом направлении, ток через диод практически равен нулю. По этой причине амплитудно-модулированные сигналы с амплитудой менее 0,6 В детектироваться не будут, диод будет закрыт. Для детектирования амплитудно-модулиро-ванных колебаний малой амплитуды с использованием кремниевого диода необходимо смещать рабочую точку диода. Нами проведены исследования, целью которых было установить влияние смещения рабочей точки кремниевого диода на качество детектирования амплитудно–модулированных колебаний малой амплитуды.

Для исследования влияния смещения рабочей точки полупроводникового диода на качество детектирования АМ сигналов использовалась схема, приведенная на рисунке 2. Для получения амплитудно-модулированных колебаний использовался генератор Г4-18, а осциллограммы наблюдались на экране осциллографа GOS-620. Осциллограммы снимались при отключенном  и подключенном конденсаторе C2. В качестве источника управляющего напряжения U был использован ИПС-1. Напряжение на источнике питания U изменялось ступенями через 1 вольт в диапазоне от 0 до 9 вольт. В данной статье приводятся осциллограммы только для двух значений управляющего напряжения 2 вольта и 9 вольт. При управляющем напряжении 2 вольта напряжение на резисторе R1 равно 0,13 вольт, а при управляющем напряжении 9 вольт - 0,59 вольта.

 Напряжение входного амплитудно-модулированного сигнала U_ам выбрано таким, что при управляющем напряжении U равном нулю напряжение на диоде менее контактной разности потенциалов (примерно 0,5 вольта) и детектирование не происходит. Повышая управляющее напряжение от 0 до 9 вольт, мы смещаем рабочую точку кремниевого диода. Расчет показывает, что наилучшее качество детектирования достигается при управляющем напряжении 9 вольт. На рисунках 3 и 4 изображены осциллограммы каналов Y1 (вверху) и Y2 (внизу) при значении управляющего напряжения 2 вольта. На рисунках 5 и 6 изображены осциллограммы каналов Y1 (вверху) и Y2 (внизу) при значении управляющего напряжения 9 вольт.

Нами было проведено моделирование процесса детектирования в распространенном приложении Electronics Workbench. Приложение Electronics Workbench представляет собой средство программной разработки и имитации электрических цепей. Для моделирования использовалась схема, приведенная на рисунке 2. Осциллограф при моделировании настраивался также, как и в реальном эксперименте. Уровень АМ сигнала при моделировании, частота несущего колебания и частота сигнала сообщения выбраны такими же, как и при проведении реального эксперимента. На рисунках 7 и 8 приведены осциллограммы сигналов, полученные при моделировании. Результаты моделирования хорошо согласуются с результатами, полученными при экспериментальном исследовании.

Сравнивая рисунки 5 и 7, замечаем, что полученная экспериментально осциллограмма сигнала на резисторе R3 несколько отличается от осциллограммы напряжения на этом же резисторе, полученной при моделировании. На экспериментально полученной осциллограмме сигнала на резисторе R3 при отключенном конденсаторе C2 (рисунок 5, нижняя осциллограмма) напряжение не уменьшается до нуля, а при моделировании уменьшается до нуля. Это объясняется наличием паразитной емкости монтажа, которая при моделировании нами не учитывалась.

Моделирование электронных устройств с помощью программы Electronics Workbench позволяет сократить процесс разработки и изготовления таких устройств, способствует пониманию принципа работы устройств. При моделировании нет проблемы с приобретением деталей.

Однако в учебном процессе обязательно должен проводиться реальный эксперимент, так как только он позволяет получить необходимые навыки для постановки демонстрационного эксперимента в школе.