包络检波.pptx

1.工作原理 由图由图4.4.14.4.1可见可见,当加在二极管上的正向电压为当加在二极管上的正向电压为 设设 流过二极管的电流流过二极管的电流 电路参数要求电路参数要求 及及 4.4.1二极管峰值包络检波器的二极管峰值包络检波器的原理电路如图原理电路如图4.4.14.4.1所示所示 一、二极管峰值包络检波器一、二极管峰值包络检波器其中其中 为输入高频调幅信号的载频、为输入高频调幅信号的载频、为调制信号频为调制信号频率。理想情况下，率。理想情况下，低通滤波器的阻抗低通滤波器的阻抗 应满足应满足 4.4.1若若 工作原理可以由图工作原理可以由图4.4.24.4.2描述。描述。图4.4.2 输入信号为高频等 幅正弦波的检波过程若若C C增大，就会充电慢，增大，就会充电慢，大，大，R R一定，放电慢，所以波一定，放电慢，所以波动小，动小，小。小。若若R R增大，则充电快，放电慢，增大，则充电快，放电慢，C C一定，波动小，一定，波动小，大。大。4.4.1（二极管包络检波动画）当输入为调幅波时的检波器工作波形如图当输入为调幅波时的检波器工作波形如图4.4.34.4.3所示。所示。图4.4.3 输入为调幅波情况下的检波器工作波形 4.4.1（二极管检波器工作波形动画）2.性能指标（1）检波效率：检波效率：（4.4.1）可以证明可以证明 （4.4.2）（2）等效输入电阻等效输入电阻 (4.4.3)证明：功率守恒，输入功率：功率守恒，输入功率：输出功率：输出功率：于是于是 所以所以 （4.4.4）4.4.1图4.4.4 中频放大器与检波器级联 在接收设备中，在接收设备中，检波器前接有中频放检波器前接有中频放大器，如图大器，如图4.4.44.4.4所所示。所以，等效输入示。所以，等效输入电阻电阻 就是中频放大器就是中频放大器的负载。所以从增加中频放大器增益、提高接收机灵的负载。所以从增加中频放大器增益、提高接收机灵敏度的角度出发，应尽量加大敏度的角度出发，应尽量加大也即应加大也即应加大 。但是。但是 的增大同样受到检波器中非线性失真的限制。的增大同样受到检波器中非线性失真的限制。4.41 解决以上矛盾的一个有效解决以上矛盾的一个有效方法是采用图方法是采用图4.4.54.4.5所示的三极所示的三极管射极包络检波电路。由图可管射极包络检波电路。由图可见，就其检波物理过程而言，见，就其检波物理过程而言，它利用发射结产生与二极管包它利用发射结产生与二极管包络检波器相似的工作过程，不络检波器相似的工作过程，不同的仅是输入电阻比二极管检同的仅是输入电阻比二极管检波器增大了波器增大了 倍。这种电路倍。这种电路适宜于集成化，在集成电路中得适宜于集成化，在集成电路中得 到了广泛的应用。到了广泛的应用。4.4.1图4.4.5 三极管射极 包络检波电路（1）惰性失真（对角线切割失真）惰性失真（对角线切割失真）惰性失真如图惰性失真如图4.4.64.4.6所示。所示。产生的原因：它是在调幅波包络下降时，由于时间产生的原因：它是在调幅波包络下降时，由于时间常数太大（图中时间常数太大（图中时间 内），电容内），电容C C的放电速度跟不上的放电速度跟不上3 3、二极管包络检波器中的失真、二极管包络检波器中的失真图4.4.6 惰性失真（惰性失真动画）输入电压包络的下降输入电压包络的下降速度。这种非线性失速度。这种非线性失真是由于真是由于C C的惰性太大的惰性太大引起的，所以称为惰引起的，所以称为惰性失真。性失真。避免惰性失真的条件：避免惰性失真的条件：(4.4.5)时也不产生失真，应满足时也不产生失真，应满足 4.4.1当当 时，时，最大。为了保证在最大。为了保证在 maxW=W（2 2）底部切割失真（负峰切割失真）底部切割失真（负峰切割失真）负峰切割失真产生的原因：负峰切割失真产生的原因：检波器的直流负载阻抗检波器的直流负载阻抗 与交流（音频）负载阻抗与交流（音频）负载阻抗 不相等，而且调幅度不相等，而且调幅度 太大时引起的。太大时引起的。通常情况下，检波器输出须通过耦合电容通常情况下，检波器输出须通过耦合电容 与输入等与输入等 效电阻为效电阻为 的低频放大的低频放大器相连接，如器相连接，如图图4.4.74.4.7所示。所示。图4.4.7 计入耦合电容 和低放输入等效电阻 后的检波电路 4.4.1 检波器输出是在一个直流电压上迭加了一个音频交检波器输出是在一个直流电压上迭加了一个音频交流信号，即流信号，即 为了有效地将检波后的低频信号耦合到下一级电路，为了有效地将检波后的低频信号耦合到下一级电路，要求要求所以所以 的值很大。的值很大。这样，这样，中的直流分量几乎都落在中的直流分量几乎都落在 上，这个直流分量上，这个直流分量 的大小近似为输入载波的振幅，即的大小近似为输入载波的振幅，即上的分压为上的分压为（4.4.6）此电压反向加在二极管两端，如图此电压反向加在二极管两端，如图4.4.74.4.7所示。所示。4.4.1等效为一个电压为 的直流电压源，此电压源在此电压源在 所以图4.4.8 负峰切割失真（底边切割失真动画）当输入调幅当输入调幅波的调制系数波的调制系数 较小时，这个较小时，这个电压的存在电压的存在不不致影响二极管致影响二极管的工作。的工作。当调制系数当调制系数 较大时，出现较大时，出现 如图如图4.4.8(a)4.4.8(a)所示。所示。造成二极管截止，结果造成输出低频电压负峰切割掉造成二极管截止，结果造成输出低频电压负峰切割掉了。如图了。如图4.4.8(b)4.4.8(b)所示。所示。4.4.1显然，显然，愈小，则愈小，则 上的分压值上的分压值 愈大，这种失真愈大，这种失真愈易产生。另外，愈易产生。另外，愈大，则愈大，则 愈小，这种失愈小，这种失真也愈易产生。真也愈易产生。避免产生负峰切割失真的条件：避免产生负峰切割失真的条件：由图由图4.4.84.4.8（a a）可见，要防止这种失真的产生，必须）可见，要防止这种失真的产生，必须使包络线的最小电平大于或等于使包络线的最小电平大于或等于 ，即满足，即满足 或或 （4.4.7）4.4.1图4.4.8 负峰切割失真 通常情况下，图通常情况下，图4.4.74.4.7中，中，容量较大，对音频来说，容量较大，对音频来说，可以认为是短路。因此，检波器的交流负载阻抗可以认为是短路。因此，检波器的交流负载阻抗为为 （4.4.8）检波器的直流负载阻抗检波器的直流负载阻抗 （4.4.9）显然显然 （4.4.10）实际上，现代设备一般采用实际上，现代设备一般采用 很大的集成运放，不很大的集成运放，不会产生底部切割失真。会产生底部切割失真。4.4.14.4.1 在分离元件的在分离元件的电路中，通常采用电路中，通常采用如图如图4.4.94.4.9所示的分所示的分负载电路。依此减负载电路。依此减少少 与与 的差别。的差别。图4.4.10 收音机中的实际二极管检波电路 4.4.1例如，图例如，图4.4.104.4.10是某收音机二极管检波器的实际电路。是某收音机二极管检波器的实际电路。4 4、设计考虑、设计考虑 设计二极管包络检波器的关键在于：正确选用晶体设计二极管包络检波器的关键在于：正确选用晶体二极管，合理选取二极管，合理选取 等数值，保证检波器提供尽可等数值，保证检波器提供尽可能大的输入电阻，同时满足不失真的要求。能大的输入电阻，同时满足不失真的要求。(1)检波二极管的选择检波二极管的选择 为了提高检波电压传输系数，应选用正向导通电阻为了提高检波电压传输系数，应选用正向导通电阻 和极间电容和极间电容 小（或最高工作频率高）的晶体二极管。小（或最高工作频率高）的晶体二极管。为了克服导通电压的影响，一般都需外加正向偏置，提为了克服导通电压的影响，一般都需外加正向偏置，提供（供（20205050）A A静态工作点电流，具体数值由实验确定。静态工作点电流，具体数值由实验确定。4.4.1(2)和和 的选择的选择 首先根据下述考虑确定首先根据下述考虑确定 的乘积值。的乘积值。1 1）从提高检波电压传输系数和高频滤波能力考虑，）从提高检波电压传输系数和高频滤波能力考虑，应尽可能大。工程上，要求它的最小值满足下列条件应尽可能大。工程上，要求它的最小值满足下列条件 2 2）从避免惰性失真考虑，允许）从避免惰性失真考虑，允许 的最大值满足下的最大值满足下列条件列条件 工程分析时，取工程分析时，取 即可即可 。4.4.1因此，要同时满足上述两个条件，因此，要同时满足上述两个条件，可供选用的数可供选用的数值范围由下式确定：值范围由下式确定：（4.4.11）值确定后，一般可按下列考虑分配值确定后，一般可按下列考虑分配R RL L和和C C的数值。的数值。为保证所需的检波输入电阻为保证所需的检波输入电阻 ，的最小值应满足的最小值应满足下列条件下列条件或或 （4.4.12）为避免产生负峰切割失真，为避免产生负峰切割失真，的最大允许值应的最大允许值应满下列条件：满下列条件：（4.4.13）4.4.1 若采用集成运放作为低频放大级，该条件可以忽略。若采用集成运放作为低频放大级，该条件可以忽略。因此，要同时满足上述两个条件因此，要同时满足上述两个条件 的取值范围应为的取值范围应为 （4.4.14）当当 选定后，就可按选定后，就可按 乘积值求得乘积值求得 ，但应检，但应检验求得的验求得的 值是否满足下列条件值是否满足下列条件 （4.4.15）当采用分负载电路时当采用分负载电路时 和和的数值可按的数值可按 进行分配，而进行分配，而 和和 均可取为均可取为 。4.4.1二、并联型二极管包络检波器二、并联型二极管包络检波器 有些情况下，需要在中频放大器和检波器之间接入有些情况下，需要在中频放大器和检波器之间接入隔直流电容，以防止中频放大器的集电极馈电电压加隔直流电容，以防止中频放大器的集电极馈电电压加到检波器上，为此可以采用并联型二极管包络检波器。到检波器上，为此可以采用并联型二极管包络检波器。如图如图4.4.114.4.11所示。所示。图4.4.11 并联型二极管包络检波器 4.4.1电路的工作波形如图电路的工作波形如图4.4.124.4.12所示。所示。图4.4.12 并联型包络检波器工作波形当当时，可以证明时，可以证明 （4.4.16）4.4.1 显然比串联型电路的等效输入电路小，不利于提显然比串联型电路的等效输入电路小，不利于提高中频放大器的电压增益。图高中频放大器的电压增益。图4.4.134.4.13为并联型包络检为并联型包络检波器的实际电路。波器的实际电路。4.4.1图4.4.13 并联型包络检波器的实际电路 同步检波（Synchronous DetectorSynchronous Detector）又称为相干检）又称为相干检波，主要用于解调波，主要用于解调DSBDSB和和SSBSSB信号，有乘积型和叠加型两信号，有乘积型和叠加型两种方式，其组成框图分别为图种方式，其组成框图分别为图4.4.144.4.14所示。所示。4.4.24.4.2 4.4.2 同步检波器同步检波器 图4.4.14 两种方式同步检波器的组成框图（a）乘积型 （b）叠加型一、乘积型同步检波器一、乘积型同步检波器 乘积型同步检波器的原理在乘积型同步检波器的原理在4.1.24.1.2中已讨论过，这中已讨论过，这里不再赘述。里不再赘述。1 1、当同步信号与发送端的载波信号不同频同相的、当同步信号与发送端的载波信号不同频同相的情况下，解调输出的信号会是怎样呢？情况下，解调输出的信号会是怎样呢？若同步信号若同步信号 与发射端载波不同步，二者之间存在与发射端载波不同步，二者之间存在一相位差一相位差 ，其一般表示式为，其一般表示式为（4.4.17）式中式中 为一常量，表示两个载波之间的相位误差，为一常量，表示两个载波之间的相位误差，表示两个载波之间的频率误差，即表示两个载波之间的频率误差，即 （4.4.18）4.4.2则乘法器的输出为则乘法器的输出为低通滤波器的输出为低通滤波器的输出为（4.4.19）从上式可以看出，相角从上式可以看出，相角 的存在将直接影响解调输出。的存在将直接影响解调输出。若若 是一常数，即同步信号与发射端载波的是一常数，即同步信号与发射端载波的相位差始终保持恒定，同频不同相，则解调输出的低频相位差始终保持恒定，同频不同相，则解调输出的低频分量仍与原调制信号成正比，只不过振幅有所减小。分量仍与原调制信号成正比，只不过振幅有所减小。4.4.2当然当然，否则，否则 将无解调输出。将无解调输出。若是随时间变化的是随时间变化的 见式（见式（4.4.174.4.17），则，则 与发射与发射端载波之间不再同频，这时式（端载波之间不再同频，这时式（4.4.194.4.19）为）为（4.4.20）2 2、同步信号的获得、同步信号的获得 获得获得 的电路（称之为载波恢复或载波提取电路）的电路（称之为载波恢复或载波提取电路）也各不相同，如图也各不相同，如图4.4.154.4.15所示。所示。4.4.2图4.4.15 同步检波器方框图 图4.4.16 解调AM信号时的载波恢复电路的框图 （2 2）若是解调双边带信号，由于双边带信号不含固定）若是解调双边带信号，由于双边带信号不含固定的载波分量，不能用限幅滤波法得到同步信号，此时可的载波分量，不能用限幅滤波法得到同步信号，此时可以采用非线性变化方法，组成方框图如图以采用非线性变化方法，组成方框图如图4.4.174.4.17（a a）所）所示，其工作波形如图（示，其工作波形如图（b b）所示）所示。4.4.2 （1 1）若是解调若是解调AMAM波，载波恢复电路的组成框图波，载波恢复电路的组成框图见图见图4.4.164.416。图4.4.17 解调DSB信号时的载波恢复电路的组成框图及工作波形 4.4.2如若输入信号为单频率调制的如若输入信号为单频率调制的DSBDSB信号，即信号，即 经平方器后的输出为经平方器后的输出为 （4.4.21）经过带通滤波器取出经过带通滤波器取出 （4.4.22）经过二分频可得到同步信号，大家可自行分析当经过二分频可得到同步信号，大家可自行分析当输入为多频率调制的输入为多频率调制的DSBDSB信号情况下的工作过程。信号情况下的工作过程。4.4.2 （3 3）、解调单边带信号，可在发射端发射单边）、解调单边带信号，可在发射端发射单边带信号的同时发射导频信号，在接收端采用高选择性带信号的同时发射导频信号，在接收端采用高选择性的窄带滤波器从输入信号中取出该导频信号，经过放的窄带滤波器从输入信号中取出该导频信号，经过放大后即可作为同步信号。或采用高稳定度的晶体振荡大后即可作为同步信号。或采用高稳定度的晶体振荡器产生指定频率的同步信号，但这种方法产生的同步器产生指定频率的同步信号，但这种方法产生的同步信号不可能与原载频同步，只能将这种不同步量限制信号不可能与原载频同步，只能将这种不同步量限制在允许的范围内。在允许的范围内。4.4.2图4.4.18 MC1596组成的同步检波电路 4.4.23 3、乘积型同步检波电路举例、乘积型同步检波电路举例 图图4.4.184.4.18是用是用MC1596MC1596组成的同步检波电路。普通调幅组成的同步检波电路。普通调幅信号或双边带调幅信号经耦合电容后从信号或双边带调幅信号经耦合电容后从y y通道通道、脚输入，脚输入，同步信号从同步信号从x x通道通道、脚输入。脚输入。脚单端输出后经脚单端输出后经RCRC型型低通滤波器取出解调信号低通滤波器取出解调信号 二、叠加型同步检波器二、叠加型同步检波器 将输入信号与同步信将输入信号与同步信号叠加后，合成包络反映号叠加后，合成包络反映调制信号变化的普通调幅调制信号变化的普通调幅信号，再利用包络检波器信号，再利用包络检波器实现解调，原理电路如图实现解调，原理电路如图4.4.194.4.19所示所示。图4.4.19 叠加型同步检波器若若 当当 为双边带信号时，为双边带信号时，4.4.2（4.4.23）只要满足只要满足 ，合成信号即为不失真，合成信号即为不失真的的AMAM调幅信号，利用包络检波器可以解调出所需要的调幅信号，利用包络检波器可以解调出所需要的音频信号。音频信号。4.4.2合成电压合成电压当当 为单边带信号时，合成电压为单边带信号时，合成电压 （4.4.24）式中：式中：（4.4.25）合成信号的包络和相角均受到调制信号的控制，不合成信号的包络和相角均受到调制信号的控制，不能不失真地反映原调制信号的变化规律。所以，一般情能不失真地反映原调制信号的变化规律。所以，一般情况下，由包络检波器构成的叠加型同步检波器不能对单况下，由包络检波器构成的叠加型同步检波器不能对单边带信号实现线性解调。边带信号实现线性解调。4.4.2 将将 改写为改写为 （4.4.26）假若满足一定的条件，失真可以减小到允许值。假若满足一定的条件，失真可以减小到允许值。若满足若满足 ，上式可以简化为，上式可以简化为 （4.4.27）进一步忽略上式中的三次方及其以上的各项，进一步忽略上式中的三次方及其以上的各项，经三角变换后可得经三角变换后可得 （4.4.28）4.4.2将角频率为将角频率为 和和 分量的振幅之比定义为二次谐波失分量的振幅之比定义为二次谐波失真系数，用真系数，用 表示，其值为表示，其值为（4.4.29）若要求若要求 ，则要求，则要求 通过上述分析知：通过上述分析知：当采用包络检波器构成同步检波电路用以解调单当采用包络检波器构成同步检波电路用以解调单边带信号时，为将边带信号时，为将限制在允许的范围内，必须要限制在允许的范围内，必须要求同步信号求同步信号 有足够大的振幅有足够大的振幅 4.4.2图4.4.20 平衡叠加型同步检波器4.4.2 实际上，为了进一步抵消众多的失真频率分量，可实际上，为了进一步抵消众多的失真频率分量，可以采用平衡式同步检波器。如图以采用平衡式同步检波器。如图4.4.204.4.20所示。可以证所示。可以证明，它的解调输出电压中抵消了及其以上的各偶次谐明，它的解调输出电压中抵消了及其以上的各偶次谐波分量。波分量。