包络检波器.doc-资料库

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目录前言...............................................................................................................................................1 1 包络检波器设计原理................................................................................................................2 1.1 原理框图........................................................................................................................... 2 1.2 原理电路........................................................................................................................... 2 1.3 工作原理分析..................................................................................................................3 1.4 峰值包络检波器的应用型输出电路....................................................................... 5 1.5 电压传输系数.................................................................................................................5 1.6 检波器的惰性失真.........................................................................................................7 1.7 检波器的底部切割失真............................................................................................... 7 2 包络检波器电路设计................................................................................................................9 3 包络检波器电路的仿真实现与分析..................................................................................10 3.1Multisim10 使用介绍.................................................................................................. 10 3.2 包络检波器电路的仿真电路.................................................................................... 12 3.3 包络检波的惰性失真..................................................................................................13 3.4 包络检波的底部切割失真.........................................................................................15 3.5 检波器电压传输系数计算.........................................................................................16 课设总结........................................................................................................................................ 17 参考文献........................................................................................................................................ 18

高频电子线路课程设计前言无线通信的发展经历了三个阶段，首先，远古时期的手段是用烽火和旗语。其次，到近代出现了有线通信，其中著名的发明就是 1837 年 Morse 发明得电报和 1876 年 Bell 发明的电话。电话的发明加速了通信领域的发展，为无线通信的出现奠定了坚实的基础。无线通信的出现加快了现代通信领域的飞速发展。无线通信(Wireless Communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通信，人们把二者合称为无线移动通信。无线通信主要包括微波通信和卫星通信。微波是一种无线电波，它传送的距离一般只有几十千米。但微波的频带很宽，通信容量很大。微波通信每隔几十千米要建一个微波中继站。卫星通信是利用通信卫星作为中继站在地面上两个或多个地球站之间或移动体之间建立微波通信联系。无线通信系统可以分为：信源、调制、高频功放、天线、高频小放、混频和解调。其中解调就是从高频已调信号的过程，又称为检波。对于振幅调制信号，解调就是从它的幅度变化上提取调制信号的过程。解调是调制的逆过程，实质上是将高频信号搬移到低频段，这种搬移正好与调制的搬移过程相反。振幅解调方法可以分为包络检波和同步检波。包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波方法。由于 AM 信号的包络与调制信号呈线性关系，因此包络检波只适用于 AM 波。包络检波是从调幅波包络中提取调制信号的过程：先对调幅波进行整流，得到波包络变化的脉动电流，再以低通滤波器滤除去高频分量，便得到调制信号。包络检波电路有很多种，无源的有二极管检波，有源的有三极管、运放等；还有单向检波、桥式检波、同步检波等等。最简单的，也是用得最多的就是二极管和三极管。此次设计就是利用二极管和低通滤波器实现 AM 包络检波，得到不失真的调制信号。 1

高频电子线路课程设计 1 包络检波器设计原理 1.1 原理框图包络检波主要用于普通调幅(AM)信号的解调，主要由二极管和低通滤波器组成原理框图如下：非线性器件低通滤波图 1-1 包络检波器原理框图因 AMu 经由非线性器件后输出电流中含有能线性反映输入信号包络变化规律的音频信号分量（即反映调制信号变化规律）。所以包络检波仅适用于标准调制波的解调。此电路不需要加同步信号，电路显得较简单。调幅波的波形及频谱如下：调幅波 t 调幅波频谱 ωc-Ω ωc ωc+Ω ω 包络检波后的调制信号波形与频谱如下：图 1-2 调幅波的波形及频谱包络检波输出输出信号频谱 t Ω ω 图 1-3 调制信号的波形及频谱 1.2 原理电路包络检波电路的组成：输入回路、二极管 VD 、RC 低通滤波器，如下： 2

高频电子线路课程设计图 1-4 包络检波电路图 1-5 包络检波等效电路 (1)VD 起整流作用 (2)C 起高频滤波作用 (3)R 作为检波器的低频负载在其两端输出已恢复的调制信号 RC 低通滤波电路有两个作用： (1)对低频调制信号u 来说，电容 C 的容抗相当大，电容 C 相当于开路，电阻 R 就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压 (2)对高频载波信号 cu 来说，电容 C 的容抗特别小，电容 C 相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。理想情况下，RC 低通滤波网络所呈现的阻抗为: Z L    1.3 工作原理分析        C    Z Z 0  R 原理电路如下图，当输入信号   iu t 为调幅波时，那么载波正半周时二极管导通，输入高频电压通过二极管对电容 C 充电，充电时间常数为 dr C 。因为 dr C 较小，充电很快，电容上电压建立的很快,输出电压   iu t 很快增长。作用在二极管 VD 两端上的电压为   iu t 与   ou t 之差，即 D u  u i 二极管的导通与否取决于 Du ： 3  。所以 u o

高频电子线路课程设计当 u D  u i  u o  ，二极管导通； 0 当 u D  u i  u o  ，二极管截止。 0 iu t 达到峰值开始下降以后，随着   iu t 的下降，当   u t i      u t o ，即 u D    u t i    u t o  时，二极管 VD 截止。C 把导通期间储存的电荷通过 R 放 0 电。因放电时常数 RC 较大，放电较缓慢。图 1-6 二极管对电容 C 充电原理图 1-7 电容 C 放电原理检波器的有用输出电压：   u t o u    t U  DC 检波器的实际输出电压为：   u t o    u c u    t U  u   c DC 当电路元件选择正确时，高频纹波电压 cu 很小，可以忽略。输出电压为：   u t o u    t U  DC 包含了直流及低频调制分量。其输出电压波形如下图：图 1-8 包络检波原理图 4

高频电子线路课程设计图 1-9 包络检波器输出电压 1.4 峰值包络检波器的应用型输出电路图 1-10 应用型检波电路应用型检波电路如上图所示。电容 dC 的隔直作用，直流分量 DCU 被隔离，输出信号为解调恢复后的原调制信号u ，一般常作为接收机的检波电路。 1.5 电压传输系数检波器传输系数 dK 或称为检波系数、检波效率，是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量，是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。当检波电路的输入信号为高频等幅波：即   u t U i  cos t c im 时， dK 定义为输出直流电压 OU 与输入高频电压振幅 imU 的比值，即 K d  U U o im 当输入高频调幅波   u t U i   1  m a im cos t   cos t c 时， dK 定义为输出低频信号  分量的振幅 mU  与输入高频调幅波包络变化的振幅 a imm U 的比值， K d  U m  m U a im 若设输入信号 u i  u AM  U im  1  m a cos t   cos t c 输出信号为   u t o  K U d im  1  m a cos t   u 则加在二极管两端的电压 D  u i  u o  u AM  u o 5

高频电子线路课程设计如果下图所示的折线表示二极管的伏安特征曲线(注意在大信号输入情况下是允许的)，则有： d   t g  i d u   ct  时   t  di 0 AM    u t o    g U   d im  1  m a cos t   cos 0  c   t u t    o 当 u t U o     1  m a im cos t   cos   U cos   m U a im im cos cos  t   U DC  U  m cos  t 可见   ou t 有两部分：直流分量： U DC  U im cos  低频调制分量：   u t U   cos t  m 图 1-11 包络检波图图 1-12 二极管特性曲线  cos  ，—电流通角(二极管导通角度) 有 K d  U m  m U a im  m U a im m U a cos  im 6

高频电子线路课程设计 1.6 检波器的惰性失真一般为了提高检波效率和滤波效果，(C 越大，高频波纹越小)，总希望选取较大的 R，C 值，但如果取值过大，使 R，C 的放电时间常数所对应的放电速度小于输入信号(AM)包络下降速度时，会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真，这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。图 1-13 包络检波惰性失真波形原因：由于负载电阻 R 与负载电容 C 的时间常数 RC 太大所引起的。这时电容 C 上的电荷不能很快地随调幅波包络变化，从而产生失真。（电容 C 两端电压通过 R 放电的速度太慢）输入 AM 信号包络的变化率>RC 放电的速率改进措施：为避免产生惰性失真,必须在任何一个高频周期内,使电容 C 通过 R 放电的速度大于或等于包络下降速度。避免产生惰性失真的条件：在任何时刻，电容 C 上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率： u  c t  U   AM t    t 即得出不失真条件： RC  2 1 m  m  1.7 检波器的底部切割失真原因：一般为了取出低频调制信号，检波器与后级低频放大器的连接如图所示：图 1-14 包络检波应用型电路 7

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