基于Multisim10的振幅检波电路仿真及分析

1、摘要2Abstract错误！未定义书签。1、引言12、检波的原理22.1 二极管包络检波原理22.2 大信号检波原理错误！未定义书签。2.3 小信号检波原理53、用Multisim10仿真的电路及波形63.1 仿真电路63.2 仿真结果64、二极管包络检波仿真结果分析84.1 惰性失真84.2 负峰失真95、结束语10参考文献11致谢12基于Multisim10的振幅检波电路仿真及分析摘要：本文介绍了以包络检波为例的振幅检波电路仿真及分析，通过Multisim10软件对电路的参数进行选择和输出波形进行了仿真与分析。结果表明，利用该软件可以分析满足不同要求的检波电路系统，仿真的结果与理论相一致。

2、关键词：二极管；包络；检波电路；Multisim仿真BasedonMultisim10amplitudedetectioncircuitsimulationandanalysisAbstract：Thispaperintroducestheenvelopedetectionasanexampleoftheamplitudedetectioncircuitsimulationandanalysis,throughMultisim10softwareofcircuitandparametersoftheselectionandoutputwaveformissimulatedandanalyzed

3、.Resultsshowthat,usingthesoftwarecansatisfydifferentrequirementsanalysisdetectioncircuitsystem,theresultsofsimulationandtheoryoffsepg.Keywords：diode,Envelope,Detectioncircuit;Multisimsimulation1、引言检波过程就是一个解调过程，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。检波器的作用是从振幅受调制的高频信号中还原出调制信号，还原出所得的信号，与与高频调幅信号的包络变化一致，故又称为包络检波器，目前应用最

4、为广泛的是二极管包络检波器。若输入信号是高频等幅信号，则输出就是直流电压，这是检波器的一种特殊情况在测量仪器中应用比较广；若输入信号是调幅波，则输出就是原调制信号，这种应用最广泛，如各种连续波段工作的调幅接收机的检波器；从频谱来看，检波就像调制一样也是频谱搬移过程，它是把位于载频位置的调制信号频谱搬移到低频位置的过程，检波过程也是应用非线性器件进行频率变换，首先产生许多新频率，然后通过滤波器，滤除无用分量，取得所需要的原调制信号。检波电路由输入回路、非线性器件和低通滤波器三部分组成根据输入调幅信号的不同特点，常用的检波方法有包络检波和同步检波两种。包络检波常用于普通调幅波和高频等幅波的检波，同

5、步检波常用于双边带和单边带的检波。Multisim软件的功能主要是对电路进行仿真分析，利用Multisim10可以完成检波过程的仿真及分析。同时利用Multisim10中丰富的控件资源和系统资源对电路实现过程的流程和特性加以动态的演示，从而起到在电路分析教学中帮助理解、辅助教学和自我学习的作用。本文就是要通过Multisim10对振幅检波电路用包络检波方法进行仿真及分析。2、检波原理2.1 二极管包络检波原理+cRC低通滤波电路组成。图1二极管包络检波原理图由图1可以看出，二极管包络检波器主要由二极管和二极管导通时，输入信号向C充电，充电时常数为RC充电快；二极管截止时,C向R放电，放电快。在

6、输入信号作用下，二极管导通和截止不断重复，直到充放电达到平衡后，输出信号跟踪了输入信号的包络。如果参数选择不当，二极管包络检波器会产生惰性失真和负峰切割失真。惰性失真是由于RC过大而造成的，负峰切割失真主要是由于交直流等效电阻不同造成的。2.2 大信号检波原理当输入信号过大（大于0.5伏）时，利用二极管单向导电特性对振幅调制信号的解调，称为大信号检波。二极管两端加正向电压时导通，输入信号电压通过二极管对低通滤波器的电容C充电。二极管两端加反向电压时截止，电容C通过R放电这一特性实现的检波，具输出电压反映输入信号振幅变化的规律。下图是二极管大信号检波的原理电路，是输入回路、非线性器件和低通滤波器

7、组成0图2二极管大信号检波的原理电路输入为等幅波03二极管导通，对C充电，充电时常数很小，充电快。t1t2二极管截止，C通过R放电，放电时常数很大，放电慢。t2t3二极管导通，又对C充电。13T4二极管截止，C上电压对R放电。输入为普通调幅波图3输出电压u。&)的变化规律正好与输入信号的包络相同。大信号检波器的二极管的伏安特性可近似用折线表示为图4所示:图4检波器传输系数Kd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。若输入载波电压振幅为Um,输出直流电压为Uo,则Kd定义为Kd=Uo/Um,由于输入大信号检波器工作在大信号状态,二极管的伏安特

8、性可用折线近似。在考虑输入为等幅波，采用理想的高频滤波，并以通过原点的折线表示二极管特性，此时，忽略二极管的导通电压，我们可以知道：1 D=9DUDUD-。Id=0Ud<0iDmax=9d(Um-Uo)=gDUm(1-COS)式中，uD=Ui-uO,9D=1/rD,日为电流通角,Id是周期性余弦脉冲，其平均分量Io为Io=iDmax口o(8尸9dUmZn(sinH-0cos0)基频分量为Ii=iDmax二1F=gDUm/二二-sinsin3式中，口。(日)，(日)为电流分解系数。我们可以得出Kd=Uo/Um=cos9.这个就是检波系数。2.3小信号检波原理输入高频信号的振幅小于0.2V,

9、利用二极管伏安特性的弯曲部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。小信号检波的原理电路如右图所示:D0_<V%图5因为是小信号输入，检波器需外加偏压使其静态工作点位于二极管伏安特性的弯曲部分。输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为Kd=0.5b2Uim2R/Uim=0.5b2UmR,而输入为调幅波时，小信号检波器的电压传输系数为Kd=b2mab22RZmaUim=b2b2R上式说明，小信号检波器的电压传输系数Kd不是常数，而与输入高频电压的振幅成正比。当输入高频电压振幅Um很小时,电压传输系数Kd也很小。即检波效率很低，这是小信号检波器的缺点。综上所述，为了保证检波器的输出平均

10、电压Vav不失真的反映输入调幅波的包络变化，输入调幅波电压必须足够的大，使其包络变化范围内检波器始终工作在大信号检波状态。如果加到检波器输入条幅电压为Vs(t产Vmo(1+cosQtMajCosct,则包络的最小值Vmo(1-Ma)应大于大信号检波时所需电压值。当二极管的导通电压VD(on)由外加偏置电压克服时，该电压值应在500mv以上。因而，在这种情况下，保证大信号检波的条件为Vm0(1-Ma)500mu其次，当输入为复杂信号调制的调幅波时，若设最高调制频率为Fmax,为了不产生频率失真，RlCl低通滤波器的带宽应大于Fmax。当解调调幅波时，如果电路参数选择不当，二极管包络检波还会产生出

11、了频率失真之外的惰性失真和负峰切割失真。3、用Multisim10仿真的电路及波形3.1 仿真电路在Multisim仿真电路窗口创建图2所示电路。Ig电路中，V1是幅度为1V、频率为20kHz的高频载波信号；V2是幅度为1V、频率为1kHz的低频调制信号。经乘法器A1后，得到AM调制信号，该调制信号再经过包络检波器检波输出。3.2 仿真结果1 .正常波形开启仿真开关，双击虚拟示波器图标，从屏幕上可以看到调幅波经二级管检波后波形，图7所示。«i1.1wn!Lurjw-X3C1X图7调幅波经二级管检波后波形2 .惰性失真波形关闭仿真开关，将V2设置成2V,改变调制系数Ma,调整可变电容器

12、的百分比为90%£右，重启仿真开关，就如上面分析的一样。因为增大了Cl值，二极管截止期间Cl通过Rl的放电速度过慢，检波器的输出电压就不能跟随包络线变化，于是产生了惰性失真。惰性失真波形如图8所示。图8惰性失真波形3 .负峰切割失真波形关闭仿真开关，将V2设置成1V,即进一步增大调制系数Ma,调整电位器的百分比为5流右；调整可变电容器的百分比为30流右；重启仿真开关。由于交、直流负载电阻阻值相差较大，输出电压在其负峰值附近将被削平，所以出现“负峰切割失真”波形。“负峰切割失真”波形如图9所示。11WHILItjjVW-ESCIX图9负峰切割失真波形4、二极管包络检波仿真结果分析4.1

13、 惰性失真理论上，才波负载RCl越大,Cl在二极管截止期间放电速度就越慢，则电压传输系数和高频滤波能力就越高。但RlCl取值过大，将会出现二极管截止期问电容Cl对Rl放电速度太慢，这样检波器的输出电压就不能跟随包络线变化，于是产生了惰性失真。也就是说产生了惰性失真的原因是由于RlCl取值过大引起的。（加（的图10（a）为未产生惰性失真（b）为惰性失真图可见，为了避免产生惰性失真，必须在任何一个高频周期内，C通过对Rl的放电速度大于或等于包络的下降速度。不难看出，调制信号角频率建越高，调幅系数ma越大，包络下降速度就越快，惰性失真就越严重。要克服这种失真，必须减小RC的数值，使电容器的放电速度加

14、快，因此要求c1-m2RlC<maJ在多频调制时，作为工程估算，上式中ma应取最大调幅系数，建应取最高调制角频率，因为在这种情况下最容易产生惰性失真。下图是检波电路T1Ce图11检波电路在实际电路中，检波电路的输出端一般需要经过一个隔直电容C,与下级电路相连接，如图11所示。图中，Rl为下级（低频放大级）的输入电阻，为了传送低频信号，要求Cc对低频信号阻抗很小，因此它的容量比较大。这样检波电路对于低频的交流负载变为RL=Rl/R（因1/CC>>R,略去了C的影响）而直流负载仍为R,且Rl'<R,即说明该检波电路中直流负载不等于交流负载，并且交流负载电阻小于直流负

15、载电阻。4.2 负峰失真当检波电路输入单频调制的调幅信号时，如调幅系数ma比较大时，因检波电路的直流负载电阻R与交流负载电阻RL数值相差较大，有可能使输出的低频%1口+M1c0必）T1T2图12负峰切割失真波形电压uQ在负峰值附近被削平，把这种失真称为负峰切割失真。也就是说负峰切割失真的原因是：检波器的交、直流负载电阻不等和调幅系数较大引起的。如图12所示：在T1-T2期间产生了失真，由于这种失真出现在输出低频信号的负半周，其底部被切割，故称为负峰切割失真。为了避免产生负峰切割失真，必须使输入调幅波包络的最小值Um(1Ma广Ur,即：A，在上面的式子中，Ma为多频调制时的最大调幅系数。上式表示

16、交直流电阻越接近，不产生负峰切割失真所允许的Ma值就越接近于1,或者说，当Ma一定时，Rl越大、Rl+R越小，负峰切割失真就越不容易产生。在实际电路中，可以采用各种措施来减小交、直流负载电阻值的差别。例如，将R分成Rl1和Rl2.并通过隔离电容将R2并接在R2两端，如图7所示。由图可见，当Rl=Rl1+Rl2维持一定时，Rl越大，交，直流负载电阻值的差别就越小，但是，输出音频电压也就越小。为了折中的解决这个矛盾，实用电路中，常取凡1/Rl2=0.10.2。在电路中Rl2上海并接了电容C2,这是用来进一步滤除高频分量，提高检波器的滤波能力。图13克服负峰切割失真电路用Multisim10进行高频

17、电路仿真实验具有很大的优点，消除了高频干扰现象，能达到理想的实验结果。首先在仿真软件Multisim10电子平台上组建仿真电路。从电子仿真软件Multisim10基本界面元件工具条的“基本元件库”中分别调出检波二极管”1N4151'、"100nF可变电容、电阻、电容、电位器等元件；再从电子仿真软件Multisim10基本界面元件工条的“信号源库”中分别调出1kHz、10kHz交流信号源，5V直流信号源，乘法器等；最后再从电子仿真软件Multisim10基本界面元件虚拟仪器工具条中调出“示波器”，将调出元件和仪器经整理组建成仿真电路如图6所示。5、结束语文章简要叙述了电路的建模

18、，然后利用Multisim工具进行仿真，对电路中的参数和布局进行验证.实际测量结果表明，经过该验证后的电路工作稳定，和仿真结果基本一致.所以电路仿真在高频电路分析过程中是十分必要的，通过仿真来模拟真实系统的行为，可以提高实际电路设计效率，缩短开发周期.因此，Multisim10是一款非常实用的仿真软件，在电路设计中有着很重要的应用。参考文献：1蒋卓勤.Multisim2001及其在电子设计中的应用M.2005.2从宏寿.Multisim8仿真与应用实例开发M2007.3王连英.基于Multisim10的电子仿真试验与设计M.北京邮电大学出版社，2004.4聂典.Multisim9计算机仿真在电子电路设计中的应用M.电子工业出版社，2007.5黄培根.用计算机实现二极管包络检波的仿真实验J.丽水学院学报，2009,(05)6陈冬梅，周胜源.Multisim8软件在通信电子电路课程教学中的应用J.桂林电子科技大学学报，2009,(04)致谢通过这一阶段的努力，终于完成了我的毕业论文，这将意味着我的大学生活即将结束。在