Вольт-амперная характеристика (ВАХ) зависимости напряжения на p-n переходе от протекающего через него тока представляет логарифмическую функцию в широком диапазоне токов. Где это свойство можно использовать? Прежде всего, в устройствах, работающих в условиях большого (5—8 порядков) диапазона амплитуд сигнала, например, в измерителях яркости или освещенности.
Полезно и его применение в радиоприемной технике, когда минимальный сигнал составляет доли микровольт, а максимальный — превышает его в тысячи раз. Чтобы избежать искажений сигнала, можно применить устройство сжатия динамического диапазона (УСДЦ) радиосигналов и их детектирования.
Как правило, радиосигнал амплитудой менее 20 мВ диодным детектором практически не детектируется, а свыше 200 мВ усилитель ЗЧ (да и РЧ) выходит за рамки линейного усиления. Появляются искажения, которых, правда, можно избежать использованием системы автоматической регулировки усиления (АРУ). Иногда данную проблему можно решить применив всего один дополнительный диод.
Принцип работы устройства сжатия можно проиллюстрировать с помощью упрощенной схемы узла детектирования (рис. 1).
Радиосигнал, выделенный колебательным контуром L1C1, поступает через катушку связи L2 на усилитель РЧ, усиливается примерно в 1000 раз (при малых сигналах), преобразуется в выходной ток, который поступает на амплитудный детектор. Подобное преобразование легко получить, если построить УРЧ с большим выходным сопротивлением. При малой амплитуде тока входное сопротивление детектора максимально, и наоборот, когда ток большой, сопротивление детектора минимально — оно определяется нелинейными свойствами диодов VD2, VD3.
При малом токе детектор работает по схеме удвоения напряжения, выполненной на диодах VD1, VD2 и конденсаторах С2, С3. Когда амплитуда напряжения на диоде VD2 станет равной напряжению открывания диода VD3, вступит в действие УСДЦ. С дальнейшим ростом сигнала происходит его логарифмическое преобразование в напряжение на встречно-параллельно включенных диодах, которое в дальнейшем детектируется с помощью диода VD1 и конденсатора С3. Подбором тока смещения выводят рабочую точку диодов VD1,VD2 на начальный участок характеристики, что повышает чувствительность детектора.
На рис. 2 приведен график зависимости постоянной составляющей выходного сигнала детектора (Uвых) и продетектированного сигнала ЗЧ от амплитуды входного сигнала УРЧ. Показаны лишь два основных момента: для малой амплитуды входного сигнала (около 0,1 мВ) и большой (10 мВ). Благодаря наличию УСДД изменение несущей примерно в 100 раз приводит к изменению амплитуды продетектированного сигнала менее чем вдвое, что аналогично проявлению действия эффективной АРУ. Правда, при глубине модуляции входного радиосигнала до 50 % искажения звука практически не ощущаются, а при модуляции 80…90 % они становятся заметными.
Как быть? Можно рекомендовать антилогарифмическое преобразование, собрав каскад на одном транзисторе (рис. 3). Диоды VD1—VD3 и конденсаторы С1, С2 принадлежат уже известному УСДД. Резистор R2 совместно с конденсатором С4 дополнительно фильтруют радиочастотную составляющую сигнала, а цепочка R1C3 устраняет влияние выходного напряжения ЗЧ на работу УСДД.
График зависимости напряжения между базой и эмиттером транзистора от тока базы (рис. 4) демонстрирует процесс преобразования искаженного сигнала, поступающего с УСДД, в синусоидальный за счет нелинейных свойств р-n перехода транзистора.
Диоды VD2, VD3 лучше использовать германиевые, например, ГД507А, Д18, a VD1 — германиевый или кремниевый, в зависимости от напряжения питания приемника. Если оно равно 1.5 В, диод должен быть только германиевый, а если превышает 2,5 В — кремниевый, серий КД503, КД522.
Источник: В.Верютин Нелинейные свойства p-n перехода. — Радио, 2001, №7, с.56-57.