包络检波器的设计与实现.docx
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包络检波器的设计与实现
目录之迟辟智美创作
前言1
前言
调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波.广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程.对换幅波来说是从它的振幅变动提取调制信号的过程；对换频波，是从它的频率变动提取调制信号的过程；对换相波，是从它的相位变动提取调制信号的过程.
工程实际中，有一类信号叫做调幅波信号，这是一种用低频信号控制高频信号幅度的特殊信号.为了把低频信号取出来，需要专门的电路，叫做检波电路.使用二极管可以组成最简单的调幅波检波电路.调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器.目前应用最广的是二极管包络检波器，不论哪种振幅调制信号，都可采纳相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调.可是，对普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制失落，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，获得所需的解调电压，而不用另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络.
.Multisim具有组建电路快捷、波形生动直观、实验效果理想等优点.计算机虚拟仿真作为高频电子线路实验的辅助手段，是一种很好的选择，可以加深学生对一些笼统枯燥理论的理解，从而到达提高高频电子线路课程教学质量的目的.
1设计目的及原理
1.1设计目的和要求
通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比力，以及设计计算等环节.进一步提高分析解决实际问题的能力，缔造一个动脑入手﹑自力开展电路实验的机会，熬炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本事，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典范电路的设计与制作，加深对基来源根基理的了解，增强学生的实践能力.
要求：
掌握串、并联谐振回路及耦合回路、高频小信号调谐放年夜器、高频功率放年夜器、混频器、幅度调制与解调、角度调制与解调的基来源根基理，实际电路设计及仿真.
设计要求及主要指标：
用检波二极管设计一AM信号包络检波器，而且能够实现以下指标.
●输入AM信号：
载波频率200kHz正弦波.
●调制信号：
1KHz正弦波，幅度为2V，调制度为40%.
●输出信号：
无明显失真，幅度年夜于6V.
1.2设计原理
调幅调制和解调在理论上包括了信号处置，模拟电子，高频电子和通信原理等知识，涉及比力广泛.包括了各种分歧信息传输的最基本的原理，是年夜大都设备发射与接收的基本部份.因为本次课题要求调制信号幅度年夜于1V，而输出信号年夜于5Ｖ，所以本课题设计需要运用放年夜电路.本次实验采纳二极管包络检波以及运算放年夜电路.在确定电路后.利用EAD软件Multisim进行仿真来验证假设结果.
总设计框图如1-1：
输出信号
运放电路
二极管包络检波器
非线性器件
输入信号
→→→→
图1-1总设计框图
二极管包络检波器的工作原理：
检波原理电路图如图1-2
图1-2检波原理电路图
检波的物理过程如下：
在高频信号电压的正半周期，二极管正向导通并对电容C充电，由于二极管正向导通电阻很小，所以充电电流I很年夜，是电容的电压Vc很快就接近高频电压峰值，充电电流方向如下图1-3所示：
图1-3
这个电压建立后，通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端.这时二极管是否导通，由电容C上的电压Vc和输入电压Vi共同决定.当高频信号的瞬时值小于Vc时，二极管处于反向偏置，处于截止状态.电容就会通过负载电阻R放电.由于放电时间常数RC远年夜于调频电压周期，故放电很慢.
当电容上的电压下降未几时，调频信号第二个正半周期的电压又超越二极管上的负压，使二极管导通.如图1-3中t1到t2的时间为二极管导通（如图1-4）的时间，在此时间内又对电容充电，电容的电压又迅速接近第二个高频的最年夜量.如图1-3中t2至t3时间为二极管截止（如图1-5）的时间，在此时间内电容又通过负载R放电.这样不竭地反复循环.所以，只要充电很快，即充电时间常数RdC很小（Rd为二极管导通时的内阻）而放电时间很慢即放电时间常数RC很年夜，就能使传输系数接近1.
另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远年夜于高频周期，所以输出电压Vc的起伏很小，可看成与高频调幅波包络基本一致，而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压Vc就是原来的调制信号，到达解调得目的.
图1-5二极管截止
图1-4二极管导通
图1-6
根据上述二极管包络检波的工作原理可设计出符合本次课程设计“包络检波器的设计与实现”的检波器，其原理电路图如图1-7所示.
图1-7包络检波器电路图
2包络检波器指标参数的计算
电压传输系数的计算
等幅载频：
Kd=
AM波：
Kd=
φ仅于RD2R有关，与包络无关.
Kd为常数，
理想：
R>>RD，φ→0，Kd=1
理想：
R>>RD，φ→0，Kd=1
①vs较小时，工作于非线性区；
②R较小时，RD的非线性作用↑.
解决：
R足够年夜时，RD的非线性作用↓，R的直流电压负反馈作用↑.但R（RC）过年夜时，将发生：
（a）惰性失真（τ放跟不上vs的变动）；
（b）负峰切割失真（交流负载变动引起）.
（a）惰性失真（如图）
图2-1
由图可见，不发生惰性失真的条件：
vs包络在A点的下降速率≤C的放电速率.
即：
=RC
（b）负峰切割失真（交流负载的影响及m的选择）
图2-2
Cc为耦合电容（很年夜）
直流负载为：
R
交流负载为：
R交=（RRL）/（R+RL）
∵Cc很年夜，在一个周期内，Vc（不变）≈Vs（Kd≈1时）
∴VR=VAB=Vc[R/（R+RL）]
由图：
临界不失真条件：
Vsmin=Vc-mVs≈Vs-mVs=Vs（1-m）
m较年夜时，若VR>Vsmin,则发生失真.
则要求：
=RC
例：
m，RΩ时，要求：
RL≥2kΩ；
m，RΩ时，要求：
RL≥Ω；
即：
m较年夜时，要求负载阻抗RL较年夜（负载较轻）.
负峰切割失真的改进：
图2-3检波器的改进电路
R直=R1+R2
R交=R1+（R2RL）/（R2+RL）=R1+R交'
即：
R1足够年夜时，R交'的影响减小，不容易负峰切割失真.但R1过年夜时，VΩ的幅度下降，一般取R1/R2=0.
（2）检波电路Ri年夜，即检波电路的RL年夜.
（3）晶体管和集成电路包络检波，为直接耦合方式，不存在Cc.
3包络检波器电路的仿真
Multisim是InterctiveImageTechnologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛.该软件以图形界面为主，采纳菜单栏、工具栏和热键相结合的方式，具有一般应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟练水平自如使用.尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪表，使电路的仿真分析把持更符合工程技术人员的工作习惯.
如下图所示为Multisim的仿真原理图
图3-1仿真原理图
a）如果将仿真原理图中开关A、C闭合，翻开仿真按钮，此时二极管包络检波后的波形，如下图：
图3-2检波不失真波形
此时输出的为正弦波，输出波形不失真，与试验要求相符.
b）如果将仿真原理图中开关B、C闭合，翻开仿真按钮，此时二极管包络检波后的波形，如下图：
图3-3惰性失真的波形
此时输出波形呈锯齿状变动，输动身生了失真，为惰性失真，与试验要求相符.
c）如果将仿真原理图中开关A、D闭合，再将滑动变阻器旋钮移到100%，即使所接电阻为最年夜.翻开仿真按钮，观察示波器，可获得二极管包络检波后的波形，如下图：
图3-4切割失真
此时发现输出的正弦波底部被切割了一部份，输动身生了失真，为底部切割失真，与试验要求相符.
再次旋动滑动变阻器到75%，观察示波器，看到输出波形如下图：
图3-5切割失真
发现输出的正弦波底部也被切割了一部份，发生了失真，为底部切割失真，与试验要求相符.与图3-4相比，发现图3-5切割的更多，即失真变年夜.
继续旋动滑动变阻器到50%，观察示波器，看到输出波形如下图：
图3-6切割失真
结论：
滑动变阻器接入电阻越小越易发生切割失真，即失真越明显.
4总结
这次的设计，给自己的印象很深刻.通过本次实验的课题设计，对本课题有了一定的了解.可是，在对该课题有一定了解的前提下，也发现了很多问题，固然，都是自身的缺乏.认识到理论与实践之间的差距，联系实际的应用去理解知识比一年夜堆理论来的直接与清晰明了.在设计中难免会遇到很多学习中不会注意到的问题，比如说在调制中，在取某些值后输出是失真的波形，在设计开始并没有想过会存在那样多的问题，当着手时才发现要完成一个信号的调制与解调，在元器件、电路和取值都要有一部份的要求.
固然，在设计中也遇到很多学习上的问题，有些处所自己根本看不明白，但经过同组有些同学一提，才发现有些很简单的处所自己却其实不理解，确实是一个很纠结的问题.不外，我相信，通过自己的努力，不会让自己失望的.
5参考文献
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