В чем заключается процесс детектирования колебаний
Вопросы.
1. Что называется радиосвязью?
Радиосвязью называют передачу или прием информации с помощью электромагнитных волн.
2. Приведите 2—3 примера использования линий радиосвязи.
Радиосвязь используется для передачи теле- и радиосигналов, в радиотелефонах, для связи со спутниками и для исследования космоса.
3. Пользуясь рисунками 154 и 155. расскажите о принципах осуществления радиотелефонной связи.
На рис. 154 а) изображена схема передающего устройства, состоящего из генератора высокочастотных колебаний, микрофона, модулирующего устройства и передающей антенны. В микрофон поступают звуковые колебания, которые преобразуются в электрические. Затем низкочастотные электрические колебания попадают в модулирующее устройство, где они модулируются с высокочастотными колебаниями. Далее сигнал попадает в передающую антенну и в ней возникает переменный ток высокой частоты. Это порождает вокруг антенны электромагнитное поле распространяющееся в пространстве.
На рис. 154 б) изображена схема радиоприемного устройства, состоящего из приемной антенны, приемного резонирующего колебательного контура, детектора и динамика. На приемную антенну поступают электромагнитные волны многих частот. Для выделения определенной частоты колебательный контур настраивается в резонанс с необходимой волной, по несущей частоте. Затем сигнал усиливается и детектируется, т.е. осуществляется процесс обратный модуляции. Полученные низкочастотные электрические колебания попадают в динамик и преобразуются в звуковые колебания.
4. Частота каких колебаний называется несущей?
Несущей частотой называется частота высокочастотных колебаний.
5. В чем заключается процесс амплитудной модуляции электрических колебаний?
Процесс амплитудной модуляции электрических колебаний заключается в изменении амплитуды высокочастотных колебаний с частотой, равной частоте звукового сигнала.
6. Почему в радиосвязи не используются электромагнитные волны звуковых частот?
Такие волны маломощны и очень быстро затухают.
7. В чем заключается процесс детектирования колебаний?
Процесс детектирования колебаний заключается в выделении из модулированного высокочастотного сигнала низкочастотных электрических колебаний звуковых частот. Сначала высокочастотного сигнала с помощью детектора получают пульсирующий ток, а затем он сглаживается.
Упражнения.
1. Период колебаний зарядов в антенне, излучающей радиоволны, равен 10-7с. Определите частоту этих радиоволн.
В чем заключается процесс детектирования колебаний
Модуляция. Для осуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной. Незатухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает генератор, например генератор на транзисторе.
а) график колебаний высокой частоты, которую называют несущей частотой;
б) график колебаний звуковой частоты, т. е. модулирующих колебаний;
в) график модулированных по амплитуде колебаний.
Без модуляции мы в лучшем случае можем контролировать лишь, работает станция или молчит. Без модуляции нет ни телефонной, ни телевизионной передачи.
Модуляция — медленный процесс. Это такие изменения в высокочастотной колебательной системе, при которых она успевает совершить очень много высокочастотных колебаний, прежде чем их амплитуда изменится заметным образом.
Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук.
Детектирование
Передача по радио звуков (речи, музыки и т. д.) осуществляется с помощью радиоволн. Для этого звуковыми колебаниями, преобразованными в электрические, воздействуют на высокочастотные колебания радиопередатчика. Высокочастотные колебания, подвергшиеся воздействию передаваемых звуковых колебаний, называются модулированными.
Достигнув приёмной антенны, радиоволны возбуждают в ней колебания, модулированные так же, как и те, которые излучаются антенной передатчика. Для того, чтобы воспроизвести передаваемые сигналы, из поступивших в приёмник модулированных колебаний должны быть получены низкочастотные колебания, соответствующие передаваемому звуку. Процесс получения последних называется детектированием, а устройства, в которых этот процесс осуществляется,- детекторами.
Для передачи сигналов можно воздействовать на высокочастотные колебания так, чтобы эти сигналы изменяли либо амплитуду высокочастотных колебаний (амплитудная модуляция), либо их частоту (частотная модуляция), или применением ещё какого-нибудь более сложного вида модуляции. Процесс детектирования различно модулированных высокочастотных колебаний протекает по-разному. Поскольку для целей радиовещания пока наиболее широко применяется амплитудная модуляция, и процесс детектирования мы будем рассматривать только для случая колебаний, модулированных по амплитуде.
В своих первых приёмниках изобретатель радио А. С. Попов для детектирования высокочастотных колебаний применял так называемый когерер. Однако когерер обладает рядом недостатков, и А. С.Попов вынужден был поэтому заменить его кристаллическим детектором. В дальнейшем П. Н. Рыбкин (ближайший сотрудник А. С. Попова) предложил метод непосредственного преобразования принимаемых затухающих высокочастотных колебаний в звуковые сигналы при помощи кристаллического детектора и телефона. Это позволило производить приём на слух телеграфных сигналов и послужило первым и наиболее важным шагом в осуществлении радиотелефонии.
«ИДЕАЛЬНЫЙ» ДЕТЕКТОР
Для того, чтобы форма «огибающей» модулированных колебаний (рис. 1), подводимых к детектору приёмника, была такой же, как и форма «огибающей» колебаний, излучаемых передающей антенной, необходимо, чтобы приёмник «пропускал» всю передаваемую полосу частот.
Рис. 1. Кривая, проходящая через «вершины» модулированных колебаний, называется «огибающей» этих модулированных колебаний.
Низкочастотный ток, имеющий форму этой огибающей, может быть получен с помощью цепи, пропускающей ток только в одном направлении (полное выпрямление) или пропускающей ток в одном направлении лучше, чем в другом (частичное выпрямление).
Рассмотрим сначала случай полного выпрямления.
Представим себе проводник, который обладает следующими свойствами: если к его концам приложено напряжение U одного направления, по этому проводнику течёт ток I, пропорциональный этому напряжению, как и в обычном проводнике; но при перемене знаков напряжения ток в проводнике вовсе не возникает. Такой проводник называют идеальным детектором.
Посмотрим теперь, какой ток течёт в цепи идеального детектора, когда на него действуют немодулированные колебания.
Рис. 2. Вольтамперная характеристика идеального детектора.
Для этого поступаем следующим образом: под характеристикой детектора вдоль её вертикальной оси изобразим графически зависимость приложенного напряжения от времени t (рис. 3). Каждому значению приложенного напряжения соответствует определённое значение силы тока в цепи детектора, которое можно найти по его характеристике (для нахождения этих значений тока служат вертикальные пунктирные линии на рис, 3). Так как приложенное напряжение всё время изменяется, то изменяется и ток. Откладывая различные значения тока вправо в такой же последовательности, как соответствующие изменения напряжения (для этого служат горизонтальные пунктирные линии на рис. 3), мы получим графическое изображение изменения тока в цепи детектора от времени t.
Рис. 3. Графическое построение кривой изменения тока в цепи идеального детектора при приложенном к нему синусоидальном напряжении.
Сила тока в цепи изображается «половинками синусоид» одного направления. Иначе говоря, в цепи детектора получаются лишь отдельные импульсы тока, текущего только в одном направлении. Такой ток называется пульсирующим.
ПОСТОЯННАЯ И ПЕРЕМЕННАЯ СОСТАВЛЯЮЩИЕ
Так как количество электричества, протекающего в цепи за какое-либо время, равно произведению силы тока на время, в течение которого этот ток протекает, то, следовательно, оно выражается площадью, заключённой между кривой, изображающей изменения силы тока, и осью времени. Поэтому постоянная составляющая данного пульсирующего тока, т. е. его среднее значение, изображается такой прямой, для которой площадь между ней и осью времени (заштрихованная площадь на рис. 4, Б), равна площади, ограниченной импульсами пульсирующего тока (заштрихованная площадь на рис. 4, А).
Постоянная составляющая пульсирующего тока будет тем большей, чем больше высота импульсов, т. е. в конечном счёте, чем больше амплитуда подводимого к детектору напряжения.
Рис. 4. График А представляет собой сумму постоянного тока, показанного на графике Б, и переменного тока, показанного на графике В.
Переменная составляющая пульсирующего тока в сумме с постоянной составляющей должна дать рассматриваемый пульсирующий ток. Как видно из рис. 4, В, эта переменная составляющая имеет ту же частоту, что и подводимое к детектору напряжение, но её кривая по форме не является синусоидальной. В то же время площади, ограниченные участками этой кривой, лежащими выше и ниже оси времени (штриховка с разным наклоном), равны, а следовательно, количества электричества, протекающего за период в том и другом направлении, одинаковы. Следовательно, количество электричества, протекающее в цепи, в среднем за период равно нулю, как и в случае обычного переменного тока. Величина переменной составляющей пульсирующего тока тем больше, чем больше «высота» импульсов.
Рис. 5. Схема простейшего детекторного приёмника.
Рассмотренный нами способ разложения пульсирующего тока на постоянную и переменную составляющие может показаться искусственным и чисто формальным. Однако в действительности такое разложение и происходит в цепи детектора и телефона. Рассмотрим простейшую схему приёмника с кристаллическим детектором (рис. 5). Здесь к концам катушки L1 колебательного контура присоединяется цепь, состоящая из последовательно включённых детектора Д и обмотки телефона Т. Параллельно обмоткам телефона обычно включается блокировочный конденсатор Сб. При наличии колебаний в контуре на катушке L1 возникает высокочастотное напряжение, которое должно быть подано на детектор. Включённые последовательно с детектором обмотки телефона обладают значительным активным сопротивлением и, кроме того, большим индуктивным сопротивлением для токов высокой частоты. Поэтому, если бы напряжение высокой частоты подавалось на детектор через эти обмотки, то на них падала бы значительная часть этого напряжения. Следовательно, на детекторе падала бы лишь малая доля всего высокочастотного напряжения, возникающего в колебательном контуре. Чтобы избежать этого и служит блокировочный конденсатор Сб ёмкостью от нескольких сот до тысячи пикофарад. Такой конденсатор обладает малым сопротивлением для токов высокой частоты и поэтому высокочастотное напряжение с контура почти полностью поступает на детектор (Между витками обмотки телефона и проводами, с помощью которых они соединяются со схемой приёмника, всегда существует ёмкость, которая как бы включена параллельно обмоткам. Она играет такую же роль, как и блокировочный конденсатор Сб; поэтому и при отсутствии в приёмнике блокировочного конденсатора схема цепи детектора и телефона практически остаётся такой же, как изображённая на рис. 5.).
Итак, в цепи детектора под действием синусоидального напряжения возникают как постоянная составляющая тока, так и переменная. При этом постоянная составляющая будет тем большей, чем больше амплитуда напряжения, подаваемого на детектор.
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ
Теперь рассмотрим случай, когда на детектор действуют модулированные колебания. Так как величина постоянной составляющей зависит от амплитуды подводимого к детектору напряжения, то в данном случае «постоянная» составляющая будет изменяться в соответствии с изменением амплитуды этих модулированных колебаний (рис. 6, В). Иначе говоря, в случае детектирования модулированных колебаний в цепи детектора возникает ещё и переменная составляющая напряжения низкой частоты, кривая изменения которого по форме подобна огибающей модулированных колебаний, подаваемых на детектор.
Переменная составляющая низкой частоты, проходя через обмотки телефона (Ёмкость конденсатора подбирается так, чтобы его сопротивление для составляющей низкой частоты было значительно больше сопротивления обмоток телефона.), заставляет его воспроизводить те звуки, которые воздействуют на микрофон передатчика. Так же как и в случае, когда на детектор подаётся немодулированное напряжение, высокочастотная переменная составляющая пройдёт через блокировочный конденсатор.
Реальный детектор пропускает ток в обратном направлении, т. е. обладает несимметричной проводимостью. Его вольтамперная характеристика имеет различную крутизну при различных направлениях приложенного напряжения. Предположив, что она имеет вид, изображённый на рис. 7, повторим и для этого случая построение, аналогичное рис. 3. В этом случае мы получаем импульсы двух направлений. Можно считать, что импульсы каждого из них дают постоянную составляющую, определяемую их высотой. А поскольку высота импульсов тока различных направлений неодинакова, то и их постоянные составляющие также различны. Так как эти постоянные составляющие текут в разные стороны (поскольку импульсы направлены в разные стороны), то результирующее значение постоянной составляющей в цепи равно разности этих двух постоянных составляющих. Величина результирующей постоянной составляющей будет очевидно меньше, чем в случае идеального детектора, но она и в этом случае будет зависеть от амплитуды подводимого напряжения. Поэтому реальный детектор, так же как и идеальный, в случае модулированных колебаний будет давать низкочастотную составляющую, по форме подобную огибающей модулированных колебаний, но амплитуда её будет меньше, чем в случае идеального детектора.
Рис. 7. Графическое построение кривой изменения тока в цепи реального детектора при приложенном к нему синусоидальном напряжении.
КОНСТРУКЦИИ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТЕКТОРОВ
Наиболее простым является контактный или кристаллический детектор, в котором несимметричной проводимостью обладает, контакт между кристаллом и металлом или двумя различными кристаллами.
Большинство таких детекторов довоенных выпусков обладали одинаковыми недостатками: для того, чтобы они детектировали, нужно было переставлением конца спиральки отыскивать та поверхности кристалла чувствительную (детектирующую) точку и регулировать степень нажима спиральки на кристалл; при малейшем толчке спиралька смещалась и детектор переставал работать. Только детектор с кристаллом карборунда был свободен от этого недостатка, но зато он отличался низкой чувствительностью.
Современные детекторы обладают постоянной рабочей точкой и поэтому не требуют настройки и регулировки. К наиболее распространённым современным детекторам относятся купроксный и кремниевый детекторы.
Первый из них представляет собой миниатюрный купроксный выпрямитель. Такой детектор обладает не очень высокой чувствительностью и поэтому применяется главным образом при приёме местных радиостанций.
Описанный детектор обладает хорошей чувствительностью; он дёшев, прост и удобен в обращении.
Группа советских специалистов под руководством инженера А. Пужай разработала конструкцию германиевого детектора.
Такой детектор по внешнему виду напоминает маленький круглый конденсатор постоянной ёмкости. Германиевый детектор обладает высокой чувствительностью и «весьма устойчив в работе.
В заключение отметим, что до появления электронной лампы кристаллический детектор был единственным типом детектора, применявшимся в радиоприёмниках. Однако после появления электронной лампы положение изменилось. Электронная лампа, способная не только детектировать, но также усиливать и генерировать колебания, стала вытеснять кристаллический детектор.
Но в будущем положение, повидимому, снова должно измениться. Дело в том, что, как показал ещё в 1922 году советский изобретатель О. В. Лосев, кристаллический детектор также может служить для усиления и генерирования колебаний. Это изобретение Лосева в своём дальнейшем развитии привело к созданию кристаллического триода, в котором имеются не один, а два металлических проводника, образующих контакт с кристаллом. Кристаллический триод может служить усилителем колебаний.
Детектирование колебаний
Детектированием (демодуляцией) называют процесс преобразования модулированного высокочастотного сигнала в колебание, форма которого воспроизводит низкочастотный модулирующий сигнал. Детекторы (демодуляторы) выполняют функцию, обратную функции, осуществляемой модуляторами, и делятся на амплитудные, частотные, фазовые, импульсные, цифровые и т. д.
Амплитудные детекторыНа вход детектора АМ-сигнала (АМ-детектора) подают высокочастотное модулированное колебание
Выходное же напряжение АМ-детектора должно быть низкочастотным пропорциональным передаваемому сигналу.
Схема последовательного диодного детектора, у которого диод VD включен последовательно с низкочастотным RНСН-фильтром.
Рис. 15. Последовательный диодный детектор:
а — схема; б — диаграммы напряжений
Пусть на вход диодного детектора поступает однотональный АМ-сигнал
Ток через диод протекает в моменты времени, когда амплитуда входного напряжения uВХ превышает напряжение на конденсаторе СН (а значит, и на выходе детектора uВЫХ). Конденсатор СН заряжается через малое сопротивление открытого диода намного быстрее, чем разряжается на высокоомное сопротивление нагрузки RH.
Частотный детектор. При детектировании радиосигналов с угловой модуляцией их предварительно преобразуют в колебания с неглубокой амплитудной модуляцией и затем детектируют амплитудным детектором. Такое преобразование необходимо потому, что нелинейные элементы реагируют на изменения только амплитуды, а не частоты и фазы колебаний. Для выделения передаваемого сигнала из частотно-модулированного колебания применяют частотные детекторы. Преобразование частотной или фазовой модуляции в амплитудную осуществляют с помощью линейных цепей, в частности резонансного контура, амплитуда напряжения на котором зависит от частоты входных колебаний. Положим, что контур настроен на частоту ωР и на него подают однотональный ЧМ-сигнал с постоянной амплитудой и меняющейся по гармоническому закону частотой
(здесь ω0 — частота несущего; ωД — девиация частоты). Поскольку модуль полного сопротивления контура зависит от частоты, то амплитуда напряжения на нем будет изменяться во времени при отклонениях частоты ЧМ-сигнала от несущей ω0. Амплитуда ЧМ-колебания на выходе резонансного контура изменяется во времени пропорционально гармоническому модулирующему сигналу, т. е. ЧМ-сигнал преобразуется в напряжение, модулированное еще и по амплитуде. Затем такое, достаточно сложное по структуре АМ-ЧМ-колебание, детектируется амплитудным детектором. Недостаток этого метода детектирования — ограниченный линейный участок на скате резонансной кривой контура.
Рис. 18. Преобразование ЧМ-сигнала в АМ-ЧМ-колебание
Детектирование
Полезное
Смотреть что такое «Детектирование» в других словарях:
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ — (от лат. detectio обнаружение) (радио) преобразование электрических колебаний, в результате которого обычно получаются колебания другой (как правило, более низкой) частоты. Наиболее важный случай детектирования, используемого в радиоприемных… … Большой Энциклопедический словарь
детектирование — Преобразование электромагнитного колебания для получения напряжения или тока, величина которого определяется параметрами колебания, с целью извлечения информации, содержащейся в изменениях этих параметров. [ГОСТ 24375 80] детектирование… … Справочник технического переводчика
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ — (демодуляция) (от лат. detectio открытие, обнаружение), преобразование электрич. колебаний, в результате к рого получаются колебания более низкой частоты (или пост. ток). В радиотехнике Д. выделение НЧ модулирующего сигнала из модулиров. ВЧ… … Физическая энциклопедия
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ — выделение с помощью детектора из модулированных колебаний высокой частоты содержащихся в них колебаний низкой частоты, воспринимаемых в телефон. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР,… … Морской словарь
детектирование — сущ., кол во синонимов: 2 • видеодетектирование (1) • преобразование (41) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ — (1) обнаружение сигнала; (2) выделение колебаний низкой частоты из высокочастотных модулированных колебаний (см. ), иногда называемое демодуляцией. Д. широко применяют в радиоприёмном устройстве для получения колебаний звуковой частоты, сигналов… … Большая политехническая энциклопедия
детектирование — (от лат. detectio обнаружение) (радио), преобразование электрических колебаний, в результате которого обычно получаются колебания другой (как правило, более низкой) частоты. Наиболее важный случай детектирования, используемого в радиоприёмных… … Энциклопедический словарь
детектирование — detektavimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. detection vok. Demodulation, f; Gleichrichtung, f; Rückmodulation, f rus. детектирование, n pranc. détection, f … Automatikos terminų žodynas
детектирование — detekcija statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. detection vok. Gleichrichtung, f rus. детектирование, n; детекция, f pranc. détection, f … Automatikos terminų žodynas