包络检波器的设计及其实现.doc

目 录

序言 1
1 设计目标及原理 2
1.1设计目标和要求 2
1.1设计原理 2
2包络检波器指标参数计算 6
2.1电压传输系数计算 6
2.2参数选择设置 6
3 包络检波器电路仿真 9
3.1 Multisim简单介绍 10
3.2 包络检波电路仿真原理图及实现 10
4总结 13
5参考文件 14

序言

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。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，对一般调幅信号来说，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。
为了生动直观分析检波电路，利用最新电子仿真软件Multisim11.0进行二极管包络检波虚拟试验。Multisim含有组建电路快捷、波形生动直观、试验效果理想等优点。计算机虚拟仿真作为高频电子线路试验辅助手段，是一个很好选择，能够加深学生对部分抽象枯燥理论了解，从而达成提升高频电子线路课程教学质量目标。

1设计目标及原理
1.1 设计目标和要求
经过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路了解，学会查寻资料﹑方案比较，和设计计算等步骤。深入提升分析处理实际问题能力，发明一个动脑动手﹑独立开展电路试验机会，锻炼分析﹑处理高频电子电路问题实际本事，真正实现由书本知识向实际能力转化；经过经典电路设计和制作，加深对基础原理了解，增强学生实践能力。
要求：掌握串、并联谐振回路及耦合回路、高频小信号调谐放大器、高频功率放大器、混频器、幅度调制和解调、角度调制和解调基础原理，实际电路设计及仿真。
设计要求及关键指标：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。
l 输入AM信号：载波频率200kHz正弦波。
l 调制信号：1KHz正弦波，幅度为2V，调制度为40%。
l 输出信号：无显著失真，幅度大于6V。
1.2 设计原理
调幅调制和解调在理论上包含了信号处理，模拟电子，高频电子和通信原理等知识，包含比较广泛。包含了多种不一样信息传输最基础原理，是大多数设备发射和接收基础部分。因为此次课题要求调制信号幅度大于1V，而输出信号大于5Ｖ，所以本课题设计需要利用放大电路。此次试验采取二极管包络检波和运算放大电路。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

二极管包络检波器工作原理：
检波原理电路图图1-2

图 1-2检波原理电路图

检波物理过程以下：
在高频信号电压正半周期，二极管正向导通并对电容C充电，因为二极管正向导通电阻很小，所以充电电流I很大，是电容电压Vc很快就靠近高频电压峰值，充电电流方向以下图1-3所表示：

图1-3

这个电压建立后，经过信号源电路，又反向地加到二极管D两端。这时二极管是否导通，由电容C上电压Vc和输入电压Vi共同决定。当高频信号瞬时值小于Vc时，二极管处于反向偏置，处于截止状态。电容就会经过负载电阻R放电。因为放电时间常数RC远大于调频电压周期，故放电很慢。
当电容上电压下降不多时，调频信号第二个正半周期电压又超出二极管上负压，使二极管导通。图1-3中t1到t2时间为二极管导通（图1-4）时间，在此时间内又对电容充电，电容电压又快速靠近第二个高频最大量。图1-3中t2至t3时间为二极管截止（图1-5）时间，在此时间内电容又经过负载R放电。这么不停地反复循环。所以，只要充电很快，即充电时间常数RdC很小（Rd为二极管导通时内阻）而放电时间很慢即放电时间常数RC很大，就能使传输系数靠近1。
另外，因为正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频周期，所以输出电压Vc起伏很小，可看成和高频调幅波包络基础一致，而高频调幅波包络又和原调制信号形状相同，故输出电压Vc就是原来调制信号，达成解调得目标。

图1-5 二极管截止

图1-4 二极管导通

图1-6
依据上述二极管包络检波工作原理可设计出符合此次课程设计“包络检波器设计和实现”检波器，其原理电路图图1-7所表示。

图1-7 包络检波器电路图

2 包络检波器指标参数计算
2.1电压传输系数计算
等幅载频：Kd=
AM波 ：Kd=
φ仅于RD2R相关，和包络无关。
Kd为常数，
理想：R>>RD，φ→0，Kd=1
理想：R>>RD，φ→0，Kd=1
2.2参数选择设置
①vs较小时，工作于非线性区；
②R较小时，RD非线性作用↑。
处理：R足够大时，RD非线性作用↓，R直流电压负反馈作用↑。但R(RC)过大时，将产生：
(a)惰性失真(τ放跟不上vs改变)；
(b)负峰切割失真(交流负载改变引发)。
(a)惰性失真(图)

图2-1
由图可见，不产生惰性失真条件：
vs包络在A点下降速率≤C放电速率。
即：
=RC

(b)负峰切割失真(交流负载影响及m选择)

图2-2

Cc为耦合电容(很大)
直流负载为：R
交流负载为：R交=(RRL)/(R+RL)
∵Cc很大，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较大时，若VR>Vsmin,则产生失真。
则要求：
=RC
例：
m=0.3，R=4.7kΩ时，要求：RL≥2kΩ；
m=0.8，R=4.7kΩ时，要求：RL≥4.7kΩ；
即：m较大时，要求负载阻抗RL较大(负载较轻)。

负峰切割失真改善：

图2-3检波器改善电路
R直=R1+R2
R交=R1+(R2RL)/(R2+RL)=R1+R交'
即：
R1足够大时，R交'影响减小，不易负峰切割失真。但R1过大时，VΩ幅度下降，通常取R1/R2=0.1~0.2
(2)检波电路Ri大，即检波电路RL大。
(3)晶体管和集成电路包络检波，为直接耦合方法，不存在Cc。

3包络检波器电路仿真

3.1Multisim简单介绍
Multisim是Interctive Image Technologies企业推出一个专门用于电子电路仿真和设计软件，现在在电路分析、仿真和设计等应用中较为广泛。该软件以图形界面为主，采取菜单栏、工具栏和热键相结合方法，含有通常应用软件界面风格，用户能够依据自己习惯和熟练程度自如使用。尤其是多个可放置到设计电路中虚拟仪表，使电路仿真分析操作更符合工程技术人员工作习惯。
3.2包络检波电路仿真原理图及实现
以下图所表示为Multisim仿真原理图

图3-1 仿真原理图

a）假如将仿真原理图中开关A、C闭合，打开仿真按钮，此时二极管包络检波后波形，以下图：

图3-2 检波不失真波形
此时输出为正弦波，输出波形不失真，和试验要求相符。
b）假如将仿真原理图中开关B、C闭合，打开仿真按钮，此时二极管包络检波后波形，以下图：

图3-3 惰性失真波形

此时输出波形呈锯齿状改变，输出发生了失真，为惰性失真，和试验要求相符。

c) 假如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%，即使所接电阻为最大。打开仿真按钮，观察示波器，可得到二极管包络检波后波形，以下图：

图3-4 切割失真
此时发觉输出正弦波底部被切割了一部分，输出发生了失真，为底部切割失真，和试验要求相符。
再次旋动滑动变阻器到75%，观察示波器，看到输出波形以下图：

图3-5 切割失真
发觉输出正弦波底部也被切割了一部分，发生了失真，为底部切割失真，和试验要求相符。和图3-4相比，发觉图3-5切割更多，即失真变大。
继续旋动滑动变阻器到50%，观察示波器，看到输出波形以下图：

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，即失真越显著。

4总结

这次设计，给自己印象很深刻。经过此次试验课题设计，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，当然，全部是本身不足。认识到理论和实践之间差距，联络实际应用去了解知识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，在取一些值后输出是失真波形，在设计开始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，在元器件、电路和取值全部要有一部分要求。
当然，在设计中也碰到很多学习上问题，有些地方自己根本看不明白，但经过同组有些同学一提，才发觉有些很简单地方自己却并不了解，确实是一个很纠结问题。不过，我相信，经过自己努力，不会让自己失望。

5参 考 文 献

[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，1979
[6] 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，1984
[8] 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