Номер 22.13, страница 112 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 22. Электромагнитные волны - номер 22.13, страница 112.

Условие.

22.13. Что такое детектирование? Как осуществляется детектирование?

Решение.

Детектирование, или демодуляция, — это процесс выделения низкочастотного информационного сигнала (например, звукового) из высокочастотного модулированного колебания. Этот процесс является обратным модуляции, при которой низкочастотный сигнал "накладывается" на высокочастотную несущую волну для эффективной передачи на большие расстояния (например, в радиосвязи). Основная задача детектирования — восстановить исходное сообщение, которое было передано.

Осуществляется детектирование с помощью устройства, называемого детектором. В основе его работы лежат два ключевых этапа: нелинейное преобразование сигнала и его последующая фильтрация.

Рассмотрим принцип работы на примере простейшего детектора для амплитудно-модулированного (АМ) сигнала:
1. Нелинейное преобразование (выпрямление). Принятый антенной модулированный высокочастотный сигнал подается на элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой, которым чаще всего служит полупроводниковый диод. Диод обладает односторонней проводимостью: он пропускает ток только в одном направлении. В результате он "срезает" одну из полуволн (положительную или отрицательную) высокочастотного сигнала. После диода сигнал представляет собой последовательность импульсов тока одного направления, амплитуда которых изменяется в соответствии с исходным низкочастотным сигналом.
2. Фильтрация. После выпрямления сигнал все еще содержит как полезную низкочастотную составляющую, так и нежелательную высокочастотную (остатки несущей частоты). Для их разделения используется фильтр нижних частот (ФНЧ). В простейшем случае это RC-цепочка (резистор $\text{R}$ и конденсатор $\text{C}$, подключенные параллельно нагрузке). Конденсатор сглаживает высокочастотные пульсации: он быстро заряжается во время пиков импульсов и медленно разряжается через резистор в промежутках между ними. Чтобы фильтр работал корректно, его постоянная времени $\tau = RC$ должна быть выбрана так, чтобы удовлетворять условию: $T_{ВЧ} \ll RC \ll T_{НЧ}$, где $T_{ВЧ}$ — период несущей (высокой) частоты, а $T_{НЧ}$ — период информационного (низкочастотного) сигнала. В результате на выходе фильтра остается напряжение, плавно изменяющееся во времени, которое и является восстановленным низкочастотным сигналом. Этот сигнал затем может быть усилен и подан на динамик для воспроизведения звука.

Таким образом, детектор последовательно преобразует высокочастотный модулированный сигнал в однонаправленный пульсирующий, а затем отфильтровывает из него высокочастотные составляющие, оставляя только исходный информационный сигнал.

Ответ: Детектирование (демодуляция) — это процесс извлечения полезного низкочастотного (информационного) сигнала из модулированного высокочастотного колебания. Осуществляется детектирование, как правило, в два этапа: сначала модулированный сигнал проходит через нелинейный элемент (например, диод) для выпрямления, а затем через фильтр низких частот (например, RC-цепь) для удаления высокочастотной несущей составляющей и выделения исходного низкочастотного сигнала.