高频包络检波课设

1、目 录前 言11包络检波器的设计原理和要求21.1包络检波的设计框图21.2包络检波的元器件介绍22包络检波器电路设计32.1包络检波的原理电路图3包络检波器件的作用32.1.2 RC低通滤波电路的作用32.2检波的物理过程32.3原理分析42.4 峰值包络检波器的应用型输出电路43包络检波电路仿真63.1仿真软件6软件概述63.1.2 Multisim 10软件功能63.1.3 Multisim10 软件界面6使用Multisim10的注意事项如下63.2仿真图7大信号峰值包络检波的观察7包络检波的惰性失真的观察8负峰切割失真的观察9检波器传输系数计算104包络检波器电路的分析124.1检波

2、的等效输入电阻124.2检波器的失真13检波器的惰性失真13检波器的底部切割失真135心得体会156参考文献16前 言检波（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；对调频波来说，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波来说，是从它的相位变化提取调制信号的过程。 狭义的检波是指从调幅波的包络提取调制信号的过程。因此，有时把这种检波称为包络检波或幅度检波。这种检波的原理：先让调幅波经过检波器（通常是晶体二极管），从而得到依调幅波包络变化的脉动电流，再经过一个低通滤波器滤去高频成分，就得到反映调

3、幅波包络的调制信号。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。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。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，对于普通调幅信号来说，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。目前应用最广的是二极管包络检波器，而在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波器。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

4、极管可以组成最简单的调幅波检波电路。二极管检波原理:调幅波信号是二极管检波电路的输入，由于二极管只允许单向导电，所以，如果使用的是硅管，则只有电压高于0.7V的部分可以通过二极管。同时，由于二极管的输出端连接了一个电容，这个电容与电阻配合对二极管输出中的高频信号对地短路，使得输出信号基本上就是AM信号包络线。电容和电阻构成的这种电路功能叫做滤波。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

5、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。1包络检波器的设计原理和要求振幅解调是振幅调制的逆过程，称为检波。与调制过程正好相反，从频谱来看，检波就是将调幅信号频谱由高频搬移到低频。检波过程也是应用非线性器件进行频率变换，首先产生许多新的频率，滤除无用频率分量，取出所需要的原调制信号。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

6、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输入信号非线性器件二极管包络检波器输出信号图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Rui+-Crd图2-1 包络检波的原理电路图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

7、负载在其两端输出已恢复的调制信号。 RC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。 对高频载波信号来说，电容C的容抗，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。 ui(t)与uo(t)t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，

8、即。所以二极管的导通与否取决于 当，二极管导通；当，二极管截止。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。 2.4 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C的旁路作用，交流分量被电容C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

9、包络检波电路仿真3.1仿真软件软件概述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。 Multisim 10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 Multisim10 软件界面操作命令下拉菜单 操作快捷键图3-1 Multisim10 软件界面使用Multisim10的

10、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

11、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。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。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。此时交流

12、电阻与直流电阻阻值不相等，引起失真。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0.6。检波器传输系数计算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分量的振幅与输入高频调幅波包络变化的振幅的比值，即 由图可知若设输入信号输出信号为 则加在二极管两端的电压4包络检波器电

13、路的分析4.1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4-1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 4.2检波器的失真4.2.1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

14、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4-3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

15、率，即得出不失真条件 4.2.2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4-4包络信号输出原理图通常取值较大(一般为510F)，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

16、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

17、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1