包络检波器设计综合说明书.doc

通信电子线路课程设计说明书 包络检波器 学 院： 电气和信息工程学院 学生姓名： 张磊 指导老师： 李欣 职称/学位 试验师 专 业： 通信工程 班 级： 通信1302班 学 号： 完成时间： -12-31 湖南工学院通信电子线路课程设计课题任务书学院：电气和信息工程学院 专业：通信工程 指导老师李欣学生姓名张磊课题名称包络检波器内容及任务1、 目标：熟悉包络检波器结构，原理，掌握电路设计和实物制作方法。2、 内容：用检波二极管2AP12设计AM信号包络检波器，关键指标：输入AM信号：载波频率10MHz 正弦波，调制信号：1KHz 正弦波，幅度大于1V，调制度为60%，输出信号：无显著失真，幅度大于5V。3、 要求：制作实际电路并成功调试，编写设计计算说明书。关键参考资料1、胡宴如. 高频电子线路M. 北京：高等教育出版社，2、谢自美. 电子线路设计试验测试（第三版）M.武汉： 华中科技大学出版社， .3、康华光. 电子技术基础（模拟部分）M.北京：高等教育出版社,4、张肃文，陆兆熊. 高频电子线路M. 北京：高等教育出版社，19925、路勇.电子电路试验及仿真M. 北京：清华大学出版社，6、陈松，金鸿.电子设计自动化技术Multisim&Protel 99seM. 南京：东南大学出版社，教研室意见 教研室主任：（签字）年 月 日摘 要调幅波解调即是从调幅信号中取出调制信号过程，通常称为检波。检波广义检波通常称为解调，是调制逆过程，即从已调波提取调制信号过程。对调幅波来说是从它振幅改变提取调制信号过程；对调频波是从它频率改变提取调制信号过程；对调相波是从它相位改变提取调制信号过程。工程实际中，有一类信号叫做调幅波信号，这是一个用低频信号控制高频信号幅度特殊信号。为了把低频信号取出来，需要专门电路，叫做检波电路。使用二极管能够组成最简单调幅波检波电路。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同时检波器。现在应用最广是二极管包络检波器，不管哪种振幅调制信号，全部可采取相乘器和低通滤波器组成同时检波电路进行解调。不过，一般调幅信号来说，它载波分量被抑制掉，能够直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需解调电压，而无须另加同时信号，通常将这种振幅检波器称为包络。关键词：调幅波；低频信号；振幅检波目 录1 绪论12 包络检波器设计原理22.1原理框图22.2原理电路32.3工作原理分析32.4 峰值包络检波器输出电路52.5 电压传输系数52.6检波器惰性失真62.7检波器底部切割失真73包络检波器电路设计84调试94.1 AM发射机试验94.2 AM接收机试验10参考文件12致 谢131 绪论无线通信发展经历了三个阶段，首先，远古时期手段是用烽火和旗语。其次，到近代出现了有线通信，其中著名发明就是1837年Morse发明得电报和1876年Bell发明电话。电话发明加速了通信领域发展，为无线通信出现奠定了坚实基础。无线通信出现加紧了现代通信领域飞速发展。无线通信(Wireless Communication)是利用电磁波信号能够在自由空间中传输特征进行信息交换一个通信方法，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广就是无线通信技术。在移动中实现无线通信又通称为移动通信，大家把二者合称为无线移动通信。无线通信关键包含微波通信和卫星通信。微波是一个无线电波，它传送距离通常只有几十千米。但微波频带很宽，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络。无线通信系统能够分为：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过程，又称为检波。对于振幅调制信号，解调就是从它幅度改变上提取调制信号过程。解调是调制逆过程，实质上是将高频信号搬移到低频段，这种搬移恰好和调制搬移过程相反。振幅解调方法能够分为包络检波和同时检波。包络检波是指解调器输出电压和输入已调波包络成正比检波方法。因为AM信号包络和调制信号呈线性关系，所以包络检波只适适用于AM波。包络检波是从调幅波包络中提取调制信号过程：先对调幅波进行整流，得到波包络改变脉动电流，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个，无源有二极管检波，有源有三极管、运放等；还有单向检波、桥式检波、同时检波等等。最简单，也是用得最多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，得到不失真调制信号。2 包络检波器设计原理2.1原理框图包络检波关键用于一般调幅(AM)信号解调，关键由二极管和低通滤波器组成原理框图图1：非线性器件低通滤波 图1 包络检波器原理框图因 经由非线性器件后输出电流中含有能线性反应输入信号包络改变规律音频信号分量（即反应调制信号改变规律）。所以包络检波仅适适用于标准调制波解调。此电路不需要加同时信号，电路显得较简单。调幅波波形及频谱图2：t调幅波调幅波频谱c+c-c图2 调幅波波形及频谱包络检波后调制信号波形和频谱图3：包络检波输出t输出信号频谱图3 调制信号波形及频谱2.2原理电路包络检波电路组成：输入回路、二极管VD 、RC低通滤波器，图4所表示：图4 包络检波电路在图4中，VD 起整流作用，C起高频滤波作用，R作为检波器低频负载在其两端输出已恢复调制信号。RC低通滤波电路有两个作用： (1)对低频调制信号来说，电容C容抗相当大，电容C相当于开路，电阻R就作为检波器负载，其两端产生输出低频解调电压 (2)对高频载波信号来说，电容C容抗尤其小，电容C相当于短路，起到对高频电流旁路作用，即滤除高频信号。 理想情况下，RC低通滤波网络所展现阻抗为: （1）2.3工作原理分析原理电路图5，当输入信号为调幅波时，那么载波正半周时二极管导通，输入高频电压经过二极管对电容C充电，充电时间常数为。因为较小，充电很快，电容上电压建立很快,输出电压很快增加 。 作用在二极管VD两端上电压为和之差，即。所以二极管导通是否取决于： 当，二极管导通；当 ，二极管截止。达成峰值开始下降以后，伴随下降，当，即时，二极管VD截止。C把导通期间储存电荷经过R放电。因放电时常数RC较大，放电较缓慢。图5 二极管对电容C充电原理图6 电容C放电原理检波器有用输出电压： （2）检波器实际输出电压为： （3）当电路元件选择正确时，高频纹波电压很小，能够忽略。输出电压为： 包含了直流及低频调制分量。其输出电压波形图8：图7 包络检波原理图图8 包络检波器输出电压2.4 峰值包络检波器输出电路 图9 检波电路检波电路图9所表示。电容隔直作用，直流分量被隔离，输出信号为解调恢复后原调制信号，通常常作为接收机检波电路。2.5 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解调能力或效率一个物理量，是指检波电路输出电压和输入高频电压振幅之比。 当检波电路输入信号为高频等幅波：即 时，当输入高频调幅波时定义为输出低频信号分量振幅和输入高频调幅波包络改变振幅比值， （4） 若设输入信号 （5）输出信号为 （6）则加在二极管两端电压（）假如下图所表示折线表示二极管伏安特征曲线(注意在大信号输入情况下是许可)，则有：当初 可见有两部分：直流分量： （7）低频调制分量： （8）图10 包络检波图图11 二极管特征曲线所以有，电流通角(二极管导通角度)。2.6检波器惰性失真通常为了提升检波效率和滤波效果(C越大，高频波纹越小)，总期望选择较大R，C值，但假如取值过大，使R，C放电时间常数所对应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改变，从而产生失真，这种失真是因为电容放电惰性引发，故称为惰性失真。图12 包络检波惰性失真波形原因：因为负载电阻R和负载电容C时间常数RC太大所引发。这时电容 C上电荷不能很快地随调幅波包络改变，从而产生失真（电容C两端电压经过R放电速度太慢）。输入AM信号包络改变率RC放电速率改善方法：为避免产生惰性失真,必需在任何一个高频周期内,使电容C经过R放电速度大于或等于包络下降速度。避免产生惰性失真条件：在任何时刻，电容C上电压改变率应大于或 等于包络信号改变率： （9） 即得出不失真条件： （10）2.7检波器底部切割失真原因：通常为了取出低频调制信号，检波器和后级低频放大器连接图13所表示：图13 包络检波应用型电路图14 底部切割失真波形图图14所表示越小，分压值越大，底部切割失真越轻易产生；另外，值越大，调幅波包络振幅越大，调幅波包络负峰值越小，底部切割失真也越易产生。 改善方法：要预防这种失真，必需要求调幅波包络负峰值 大于直流电压，即 （11）避免底部切割失真条件为： 式中R为直流负载电阻。 3包络检波器电路设计依据包络检波原理设计出包络检波电路，电路图图15所表示：图15 包络检波设计电路XPC1是AM信号，载波幅度为3V，频率为10MHz，调制信号频率为1KHz，调制幅度为60%。SD41是检波二极管，用于整流。电容C1、电阻R1、电阻R2组成低通滤波器。C起高频滤波作用，R作为检波器低频负载在其两端输出已恢复调制信号。对低频调制信号来说，电容C容抗相当大，电容C相当于开路，电阻R就作为检波器负载，其两端产生输出低频解调电压。对高频载波信号来说，电容C容抗尤其小，电容C相当于短路，起到对高频电流旁路作用，即滤除高频信号。 电容C2隔直作用，直流分量被隔离，输出信号为解调恢复后原调制信号。在已知调制系数m下满足避免惰性失真条件 和满足避免底部切割失真条件 下选择适宜参数使包络检波器产生不失真波形。AM调幅信号在经过选择适宜二极管、低通滤波器电容C和电阻R参数后在R两端输出调制信号，完成包络检波。依据仿真电路运行电路观察不失真输出和输入波形图17所表示：图16 包络检波器输入输出波形从图16能够读出输入信号频率为，包络最大值为，包络最小值为；输出波形频率为，幅度为。4调试4.1 AM发射机试验（1）将振荡模块中拨码开关S2中“4”置于“ON”即为晶振。将振荡模块中拨码开光S4中“3”置于“ON”，“S3”全部开路。用示波器观察J6输出10MHz载波信号，调整电位器VR5，使其输出幅度为0.3V左右。（2）低频调制模块中开关S6拨向左端，短路块J11，J17连通到下横线处，将示波器连接到振幅调制模块中就J19处（TZXH1），调整低频调制模块中VR9，使输出1KHZ正弦信号。（3）将示波器接在J23处可观察到一般调幅波。（4）将前置放大模块中J15连通到TF下横线处，用示波器在J26处可观察到放大后调幅波。改变VR10可改变前置放大单元增益。（5）调整前置放大模块VR10使J26输出1Vpp左右不失真AM波，将功率放大模块中J4连通，调整VR4使J8（JF.OUT）输出6Vpp左右不失真放大信号。（6）将J5，J10连通到下横线处，开关S1拨向右端（+12V）处，示波器在J13（BF.OUT）可观察到放大后调幅波，改变电位器VR6可改变丙放放大量。4.2 AM接收机试验（1）在小信号放大器模块J30处（XXH,IN）处加入10MHZ小于50mv调幅信号，调幅度小于30%。（2）将晶体管混频模块中J33，J34均连通到下横线处，示波器在输出端J36（J.H.OUT）端可观察到混频后6.455MHZAM波。（3）调整中周CP3及VR13使J36处输出电压最大。（4）将J29连通到J.H.IN下横线处，开关S9拨向右端，调整VR14使二次混频输出J38（Z.P.OUT）输出0.2V,455KHZ不失真调幅波。（5）连通中放模块中J40到下横线处，在中放输出端J55处可观察到放大后AM波，图18所表示。图17 输入AM波形（6）调谐中周CP6使J55输出3V左右AM信号。（7）振幅解调处和包络检波器信号输入端接入电路，将信号输出端接入示波器，则能够观察到放大后低频信号，解调后低频信号图19所表示。图18 解调后输出波形参考文件1 曾兴文，刘乃安，陈健.高频电子线路M.北京：高等教育出版社，2 张肃文等.高频电子线路M(第四版).北京：高等教育出版社，3 路而红等.虚拟电子试验室M.北京：人民邮电出版社，4 华成英，童诗白.模拟电子技术M(第四版).北京：高等教育出版社，5 清华大学通信教研组.高频电路M.北京：人民邮电出版社，19796 杨欣，王玉凤.电子设计从零开始M.北京：清华大学出版社，7 谢嘉奎.高频电子线路M(第二版).北京：高等教育出版社，19848 武秀玲，沈伟慈.高频电子线路M.西安：西安电子科技大学出版社，1995致 谢这次设计，给我印象很深。刚拿到课程设计题目时侯感觉这次课程设计内容不太难，不过当开始进行设计时候感觉电路原理比较简单，不过参数选择比较难。以后在查了部分资料和计算后对各个参数选择有了大致了解，然后经过数次修改最终设计出比较满意作品。经过此次课程设计，对本课题有了一定了解。不过，在对该课题有一定了解前提下，也发觉了很多问题。认识到理论和实践之间差距，联络实际应用去了解只是比一大堆理论来直接和清楚明了。在设计中难免会碰到很多学习中不会注意到问题，比如说在调制中在取元件一些值后输出是失真波形，在设计并没有想过会存在那样多问题，当着手时才发觉要完成一个信号调制和解调，在元件、电路和取值全部要有一部分要求。做课程设计同时也是对书本知识巩固和加强，因为书本上知识太多，平时课间学习并不能很好了解和利用各个元件功效，而且考试内容有限，所以在这次课程设计中，我们了解了很多元件功效，而且对于其在电路中使用有了更多认识。认识起源于实践，实践是认识动力和最终目标，实践是检验真理唯一标准。所以这个课程设计对我们作用是很大，同时经过这次课程设计使我知道了理论和实际结合是很关键，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。此次课程设计学到了很多可能学不到东西，比如多利思索处理问题能力，出现差错随机应变，和和人合作共同提升，我们全部受益匪浅，以后制作应该愈加轻松，自己全部能扛得起并高质量完成项目。最终感谢李欣老师耐心指导，这次课程设计是在李欣老师悉心指导下完成，从课题选择到论文最终完成，李欣老师全部一直给我细心指导和不懈支持。在我调试中，数次问询我调试进度，为我指点迷津，帮助我顺利完成调试。感谢李欣老师在我设计电路时给我理论指导，对我帮助很大。再次谨向李欣老师表示高尚敬意和衷心感谢！在说明书立即完成之际，我心情无法平静。本说明书完成远非终点，文中不足和浅显之处则是我新征程上一个个新起点。附录附录A 元件清单序号元件名称数值数量1R11K12R220013C11uf14C210uf152AP9二极管16排针若干附录B PCB封装图附录C 实物图