二极管包络检波实验

**师范学院电气信息工程学院2014届通信工程专业课程设计报告第1页*课程设计报告题目：二极管包络检波实验学生姓名：**学生学号：********系别：电气信息工程学院专业：通信工程届别：2014届指导教师：***电气信息工程学院制2013年5月二极管包络检波实验学生：**指导教师：***电气信息工程学院通信工程专业摘要：利用最新电子仿真软件Multisim进行二极管包络检波虚拟实验，具有组建电路快捷、波形生动直观、实验效果理想等优点。计算机虚拟仿真作为高频电子线路实验的辅助手段，是一种很好的选择，可以加深学生对一些抽象枯燥理论的理解，从而达到提高高频电子线路课程教学质量的目的。关键词：调制信号；包络检波；低通滤波器；对角线失真；负峰切割失真引言众所周知，高频电子线路实验由于频率高，对实验板的设计和制作非常讲究，一般常采取诸如某些元件就近接地大面积敷铜板布地线振荡器加屏蔽合等措施，以尽可能减少高频干扰但在实际实验时，往往由于测量仪器和实验板之间的连线过长连线交叉平行等原因，仍然会存在窜入高频干扰问题，严重时影响观察波形和测量数据的准确性本文通过计算机用电子仿真软件Multisim进行高频电路仿真实验，不存在高频干扰现象，能达到理想的实验结果。1实验原理分析调幅波的解调是从调幅信号中取出调制信号的过程，是调制的逆过程，通常称之为检波常用的解调方法有二极管包络检波和同步检波2种，一般的振幅调制信号，都可采用由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，它的载波分量未被抑制掉，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。二极管包络检波适合于解调含有较大载波分量的大信号的检波，它具有电路简单，易于实现的优点。1.1二极管包络检波工作原理利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程来完成调制信号的提取。还原所得的信号，与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称为包络检波器。只要充电很快，即充电时间常数Rd·C很小(Rd为二极管导通时的内阻)；而放电时间常数足够慢，即放电时问常数R·C很大，满足Rd·C<<RC，就可使输出电压的幅度接近于输入电压的幅度。由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频电压周期，所以输出电压的起伏是很小的，可看成与高频调幅波包络基本一致。高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压就是原来的调制信号，达到了解调的目的。在高频信号电压的正半周时，二极管正向导通并对电容器C充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充电电流id很大，使图1充电过程电容器上的电压VC很快就接近高频电压的峰值。充电电流的方向如图中所示。图1充电过程Vc建立后通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。电容器C上的电压VC和输入信号电压Vi共同决定二极管导通与否。当高频信号的瞬时值小于Vc时，二极管处于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻R放电。由于放电时间常数RC远大于调频电压的周期，故放电图2放电过程很慢。当电容器上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管又导通。图2放电过程1.2二极管包络检波电路中的失真当输人为调幅波时，为保证检波器的输出平均电压不失真地反映输入调幅波的包络变化，输入调幅波电压必须足够大，当解调调幅波时，如果电路参数选择不当，二极管包络检波器将会产生惰性失真和负峰切割失真。1.2.1惰性失真图3惰性失真惰性失真（对角线切割失真）产生的原因是由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的。为了避免产生惰性失真,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的下降速度。图3惰性失真1.2.2负峰切割失真负峰切割失真（底部切割失真）产生的原因是检波器输出常用隔直流电容与下级耦合，检波器的直流负载与交流负载不相等，调制度相当大引起的。为了防止底部切割失真，检波器交流负载与直流负载之比不得小于调幅系数ma。图4负峰切割失真图4负峰切割失真图4负峰切割失真图4负峰切割失真2用计算机实现二极管包络检波仿真实验2.1在仿真软件Multisim电子平台上组建仿真电路从电子仿真软件Multisim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Multisim基本界面元件工具条的“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Multisim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5所示。图5仿真电路图5仿真电路2.2虚拟仿真实验开启仿真开关，双击虚拟示波器图标，从放大面板的屏幕上可以看到调幅波经二极管检波前后波形如图6所示（注：两波形已被叠加在一起；屏幕下方各栏参数参阅图中设置），同时也可以看出输出电压u（t）是随载波频率ω作锯齿状波动的调幅波的包络线。图6二极管检波前后叠加波形图6二极管检波前后叠加波形关闭仿真开关，重启仿真开关，打开虚拟示波器放大面板，可以从屏幕上看到“对角线失真”波形如图7所示（屏幕下方各栏参数参阅图中设置）。图7对角线失真波形图7对角线失真波形因为增大C值，二极管截止期间C通过RL的放电速度过慢，跟不上输入调幅波包络的下降速度，造成二极管检波后的输出电压uo（t）产生惰性失真（屏幕下方各栏参数参阅图中设置）。图8负峰切割失真波形图8负峰切割失真波形图6二极管检波前后叠加波形图6二极管检波前后叠加波形结束语通过以上在仿真软件Multisim电子平台上所做的虚拟仿真实验，我们可以清楚地看到二极管对调幅波的包络进行检波，由于元件参数选择不当引起的“对角线失真”和“负峰切割失真”。利用电子仿真软件Multisim可以对高频电路课程中许多实验进行虚拟仿真，且具有组建仿真电路快捷、方便，波形图像直观，效果理想等优点。可以避免在实验室中利用仪器做高频电路实验，由于频率高存在干扰现象，效果不理想的缺陷。电子仿真软件Multisim是一款非常理想的应用软件，尤其是适合用它来进行高频电路的仿真实验，作为一种新的辅助实验手段，值得大力推广应用。参考文献：谢嘉奎.电子线路：非线性部分［M］.北京：高等教育出版社，2001胡宴如.高频电子线路［M］.北京：高等教