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4.3检波器的失真13

4.3.1检波器的惰性失真13

4.3.2检波器的底部切割失真13

5心得体会15

6参考文献16

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。

检波（detection）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。

对调幅波来说是从它的振幅变化提取调制信号的过程；

对调频波，是从它的频率变化提取调制信号的过程；

对调相波，是从它的相位变化提取调制信号的过程。

当频率、相位不同步时，检出的低频信号将产生频率失真和相位失真。

在进行语言通信时，人耳对相位失真不敏感，但频率失真听上去会感到严重声音失真。

工程实际中，有一类信号叫做调幅波信号（AM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，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。

但是，普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络检波器，在此将介绍相关的包络检波原理。

课程设计作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。

另一方面也可使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型高频电子线路的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。

通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。

因此做好本次包括以后的课程设计是很有必要的，这相当锻炼我们，所以要抓好这次机会，好好做好这次课设。

1.包络检波器的设计原理和要求

调幅调制和解调在理论上包括了信号处理，模拟电子，高频电子和通信原理等知识，涉及比较广泛。

包括了各种不同信息传输的最基本的原理，是大多数设备发射与接收的基本部分。

包络检波设计原理，由非线性器件和RC低通滤波器两部分组成。

因为本次课题要求使用包络检波的方法，所以本课题设计需要做到以下几点：

（1）大信号峰值包络检波的观察分析；

（2）包络检波的惰性失真的观察分析；

（3）负峰切割失真的观察分析；

（4）观察负峰切割失真是所用电阻为电位器，阻值不同时，失真情况分析。

（5）检波器电压传输系数。

1.1包络检波的设计框图

图1-1包络检波的设计框图

1.2包络检波的元器件介绍

输入信号为AM调制信号,其中调制指数m、高频载波频率

、调制信号的频率

、调频幅度等参数均可自己设定；

非线性器件由包络检波二极管组成；

二极管包络检波器由电容C和R并联组成；

输出信号连接示波器，可观察检波的效果，当C、R匹配时，输出才不失真。

2包络检波器电路设计

2.1包络检波的原理电路图

图2-1包络检波的原理电路图

2.1.1包络检波器件的作用

VD起整流作用；

C起高频滤波作用；

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。

2.1.2RC低通滤波电路的作用

对低频调制信号

来说，电容C的容抗

，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。

对高频载波信号

，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:

；

2.2检波的物理过程

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很大，使电容的电压Vc很快就接近高频电压峰值。

图2-2输入与输出电压关系图

2.3原理分析

图2-3充放电原理图

作用在二极管VD两端上的电压为

与

之差，即

。

所以二极管的导通与否取决于

当

，二极管导通；

，二极管截止。

2.4原理简介

检波器的有用输出电压：

（1）

检波器的实际输出电压为：

（2）

当电路元件选择正确时，高频纹波电压

很小，可以忽略，输出电压为：

（3）

包含了直流及低频调制分量。

2.5峰值包络检波器的应用型输出电路

图2-4输入信号包络图

图2-5解调出原调制信号原理图

电容Cd的隔直作用，直流分量

被隔离，输出信号为解调恢复后的原调制信号

，一般常作为接收机的检波电路。

图2-6包络检波输出信号图

这样就由C和R滤出了低频交流信号

图2-7输出直流分量原理图

电容Cφ的旁路作用，交流分量

被电容Cφ旁路，输出信号为直流分量

一般作为自动增益控制信号（AGC信号）的检测电路。

3包络检波电路仿真

3.1仿真软件

3.1.1软件概述

Multisim10是美国NI公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟、数字电路板的设计工作。

它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

有了Multisim软件，就相当于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。

3.1.2Multisim10软件功能

（1.）模拟电路仿真（2.）数字电路仿真（3.）高频电路仿真（4.）单片机仿真

3.1.3Multisim10软件界面

操作命令下拉菜单操作快捷键

图3-1Multisim10软件界面

3.1.4使用Multisim10的注意事项如下

1.整流电路中桥堆的选择

在二极管元件库中选择,双击桥堆,选择第一个型号即可2.学会改变导线的颜色,以便于观察.3.不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机4.删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下进行5.注意仿真的与实际的差别，使用标准符号6.分模块调试，最后综合调试

3.2仿真图

3.2.1大信号峰值包络检波的观察

图3-2包络检波不失真电路图

输入信号高频载波频率为10KHZ，调制信号的频率为100HZ，RC低通滤波器中R为50K,C为40nF，当C和R匹配时，输出电压波形不会失真，如下图3-3所示，当R和C不匹配时，输出电压波形则会失真，如下图3-5和3-7所示。

图3-3包络检波不失真仿真图

其中输入信号高频载波频率为10KHZ，调制信号的频率为100HZ，输入信号振幅为5V，调制指数为0.6。

3.2.2包络检波的惰性失真的观察

图3-4包络检波的惰性失真电路图

包络检波器输出信号惰性失真是由放电常数

过大引起的，因为

，所以C和R任一一个过大都会引起惰性失真，R越大，失真现象越明显。

在此，我采用电位器只是调节了R，同样的，调节电容C也会相应的观察到这种现象。

图3-5包络检波的惰性失真仿真图

3.2.3负峰切割失真的观察

图3-6负峰切割失真电路图

包络检波的负峰切割失真是由负载

过小引起的。

越小，失真现象越明显。

图3-6负峰切割失真仿真图

其中输入信号高频载波频率为10KHZ，调制信号的频率为100HZ，输入信号振幅为5V，调制指数为0.8。

4包络检波器电路的分析

4.1电压传输系数

检波器传输系数

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

时,

定义为输出直流电压

与输入高频电压振幅

的比值，即

当输入高频调幅波

时，

定义为输出低频信号Ω分量的振幅

与输入高频调幅波包络变化的振幅

的比值，即

因此可以求得

图4-1包络检波原理图

若设输入信号

输出信号为

则加在二极管两端的电压

4.2检波的等效输入电阻

峰值检波器常作为超外差接收机中放末级的负载，故其输入阻抗对前级的有载Q值及回路阻抗有直接影响，这也是峰值检波器的主要缺点。

图4-2包络检波输出原理图

检波器的输入电阻

是为研究检波器对其输入谐振回路影响大小而定义的，因而，

是对载波频率信号呈现的参量。

图4-3检波器的输入信号图

若设输入信号为等幅载波信号：

忽略二极管导通电阻

上的损耗功率，由能量守恒的原则检波器输入端口的高频功率为：

全部转换为输出端负载电阻R上消耗的功率为：

又因

所以

4.3检波器的失真

4.3.1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4-4输入与输出关系图

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：

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，即

得出不失真条件

4.3.2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，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：

图4-5包络信号输出原理图

通常

取值较大（一般为5～10μF），在

两端的直流电压

，大小近似等于载波电压振幅

经R和

分压后在R上产生的直流电压为：

由于

对检波二极管VD来说相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。

在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于

当

二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生失真。

显然,

越小,

分压值越大,底部切割失真越容易产生；

另外，

值越大，调幅波包络的振幅

越大,调幅波包络的负峰值

越小,底部切割失真也越易产生。

改进的措施:

防止这种失真，必须要求调幅波包络的负峰值

大于直流电压

即

避免底部切割失真的条件为

式中，

为检波器输出端的交流负载电阻，而

为直流负载电阻。

5心得体会

通过这次课程设计，我知道了AM是普通调幅，普通调幅方式是用低频调制信号去控制高频正弦波的振幅，使其随调制信号波形的变化而呈现线性变化。

包络检波只能对普通调幅信号进行检波。

当然，通过这次课设我收获很大，同时也是一个应用自己所学知识的平台，感觉很好。

在使用的Multisim仿真测试时,我了解了该软件的原理与使用方法，为我们以后的实践打下了坚实的基础。

从设计任务的分析到确定总体的设计方案，再到最后的每个部分的具体实现。

整个过程都需要我们充分利用所学的知识进行思考借鉴。

可以说，这次课程设计针对前面所学的知识的一次比综合的检测。

总得来说，这次课设虽然很累，但非常充实。

在此课设中，我深刻感受到正确的思路是很重要的，只有你的设计思路是正确的，那你的设计才有可能成功。

因此我们在课设前要做好充分的准备，认真查找详细的资料，为我们的设计成功打下坚实的基础。

总的来说，通过这次的包络检波的课设，我更认识到了，即使连接电路图没有问题，但是各种参数的选择是很重要的，需要两个电容与电阻相匹配，如果不匹配，就需要再调节各参数，这需要反复的实验与校正，但是如果每部分电路对了，总电路也可能出现各种问题，这需要很大的耐心。

本学期我学习了高频电路的知识，对高频有了较深了理解。

通过这次课程设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶段。

但是我觉得课程设计的过程是一种享受，当自己的设计成果成功时，内心的喜悦无法言语，看到了努力了，付出了，自己也收获了，因此我会更加认真努力学习以后的专业课程!

6参考文献

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高等教育出版社，2006

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