檢波器設(shè)計(完整版)

1、 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 學(xué)生課程設(shè)計報告課程名稱： 高頻電路課程設(shè)計 專業(yè)班級： 信工 102 姓 名： 學(xué) 號： 20110311202 學(xué) 期： 大三 第一學(xué)期 目 錄1課程設(shè)計題目2課程設(shè)計目的 3課程設(shè)計題目描述和要求4課程設(shè)計報告內(nèi)容4.1二極管包絡(luò)檢波電路的設(shè)計4.2同步檢波器的設(shè)計 5結(jié)論 6結(jié)束語7參考書目8附錄 摘要振幅調(diào)制信號的解調(diào)過程稱為檢波。有載波振幅調(diào)制信號的包絡(luò)直接反映調(diào)制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制信號的包絡(luò)不能直接反映調(diào)制信號的變換規(guī)律，無法用包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)，所以要采用同步檢波方法。 同步檢波器主要是用于對DS

2、B和SSB信號進(jìn)行解調(diào)（當(dāng)然也可以用于AM）。它的特點是必須加一個與載波同頻同相的恢復(fù)載波信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器的方法有兩種。利用模擬乘法器的相乘原理，實現(xiàn)同步檢波是很簡單的，利用抑制載波的雙邊帶信號Vs（t）,和輸入的同步信號（即載波信號）Vc（t），經(jīng)過乘法器相乘，可得輸出信號，實現(xiàn)了雙邊帶信號解調(diào)課程設(shè)計作為高頻電子線路課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。 另一方面也可使我們更好地鞏固和加深對基礎(chǔ)知識的理解，學(xué)會設(shè)計中小型高頻電子線路的方法，獨立

3、完成調(diào)試過程，增強(qiáng)我們理論聯(lián)系實際的能力，提高電路分析和設(shè)計能力。通過實踐引導(dǎo)我們在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實踐奠定基礎(chǔ)。 通過設(shè)計，一方面可以加深我們的理論知識，另一方面也可以提高我們考慮問題的全面性，將理論知識上升到一個實踐的階段。一、 課程設(shè)計題目:AM解調(diào)器設(shè)計二、 課程設(shè)計目的： 通過課程設(shè)計，使學(xué)生加強(qiáng)對高頻電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會查尋資料方案比較，以及設(shè)計計算等環(huán)節(jié)。進(jìn)一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手獨立開展電路實驗的機(jī)會，鍛煉分析解決高頻電子電路問題的實際本領(lǐng)，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計與制作，加深對基本原理的了解

4、，增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力。三、 課程設(shè)計題目描述和要求 輸入AM信號，其載波頻率為15MHz，調(diào)制信號為1KHz 正弦波；已調(diào)波幅度為幅度1V，調(diào)制度為60%；要求設(shè)計AM解調(diào)器，具體要求如下：1) 用檢波二極管2AP12設(shè)計 AM信號包絡(luò)檢波器，完成給定輸入信號參數(shù)下的濾波器的計算；完成惰性失真和負(fù)峰切割失真條件產(chǎn)生的元件參數(shù)分析；2）AM信號同步檢波器(1)用模擬乘法器MC1496設(shè)計一AM信號同步檢波器； (2)采用PLL完成參考信號的獲取。四、課程設(shè)計報告內(nèi)容4.1二極管包絡(luò)檢波設(shè)計4.1.1工作原理信號包絡(luò)檢波是高頻輸入信號的振幅大于0.5伏時，利用二極管對電容c充電，加反向電壓時截止，

5、電容c上電壓對電阻R放電這一特性實現(xiàn)的。分析時采用折線法1包絡(luò)檢波電路及工作原理圖41(a)是二極管峰值包絡(luò)檢波器的原理電路。它是由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。 (6-1)式中,c為輸入信號的載頻,在超外差接收機(jī)中則為中頻I為調(diào)制頻率。在理想情況下,RC網(wǎng)絡(luò)的阻抗Z應(yīng)為 (6-2) 圖41 二極管峰值包絡(luò)檢波器 (a) 原理電路 (b)二極管導(dǎo)通 (c)二極管截止圖42 加入等幅波時檢波器的工作過程從這個過程可以得出下列幾點: (1)檢波過程就是信號源通過二極管給電容充電與電容對電阻R放電的過程。(2)由于RC時常數(shù)遠(yuǎn)大于輸入電壓載波周期,放電慢,使得二極管負(fù)極永遠(yuǎn)處于正的較高的

6、電位(因為輸出電壓接近于高頻正弦波的峰值,即UoUm)。 (3)二極管電流iD包含平均分量(此種情況為直流分量)Iav及高頻分量。圖43檢波器穩(wěn)態(tài)時的電流電壓波形圖44 輸入為AM信號時檢波器的輸出波形圖圖45輸入為AM信號時,檢波器二極管的電壓及電流波形圖46包絡(luò)檢波器的輸出電路4.1.2檢波失真檢波器輸出電壓波形與輸入信號包絡(luò)之間，最好有時間上的延遲或幅度上的線形比例變化，而不能出現(xiàn)非線性或線性失真。但是，但一些條件無法滿足時，就會有一下是真1)惰性失真在二極管截止期間,電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時常數(shù)。必須滿足， 圖49 惰性失真的波形 2) 底部切削失真底部切削失真產(chǎn)生的原因

7、是因為交直流負(fù)載不一致，要避免底部切削失真應(yīng)滿足： 圖610底部切削失真4.13元器件參數(shù)計算：（1）由于電路屬于峰值包絡(luò)檢波器，所以一般選用正向電阻小、反向電阻大，結(jié)電容小而開關(guān)速度較快的2AP12。（2）RC時間常數(shù)應(yīng)同時滿足無惰性失真和頻率失真條件：電容C1=C2=C應(yīng)該對載頻及其諧波分量近似短路（旁路作用），故應(yīng)該，通常取 (經(jīng)驗公式). 將已知條件代入避免惰性失真條件可得應(yīng)該滿足無底部切削失真條件設(shè)輸出電阻， ，則，。為避免底部切削失真，應(yīng)該有，。代入條件可得，因為檢波器的輸入電阻不應(yīng)太小，而，所以R不能太小，取，另取C=0.2uF，這樣，滿足上一步對時間常數(shù)的要求。因此，。Cc取值

8、應(yīng)使低頻信號有效到負(fù)載電阻上，即滿足，取Cc=47uF。 圖4.1.10 二極管包絡(luò)檢波原理圖4.2 同步檢波設(shè)計4.2.1 設(shè)計原理在模擬乘法器MC1496的一個輸入端輸入振幅調(diào)制信號如抑制載波的雙邊帶信號，另一輸入端輸入同步信號（即載波信號），經(jīng)乘法器相乘，由式（7-9）可 得輸出信號U0（t）為（條件：，為大信號） （4.2.1）上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實現(xiàn)雙邊帶信號的解調(diào)。 若輸入信號為單邊帶振幅調(diào)制信號，即 ，則乘法器的輸為： （4.2.2）上式中，第一項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，第二項為高頻分量，也可以被低通濾波器濾掉。

9、如果輸入信號為有載波振幅調(diào)制信號，同步信號為載波信號,利用乘法器的相乘原理，同樣也能實現(xiàn)解調(diào)。設(shè)， 則輸出電壓為+ （4.2.3） 上式中，第一項為直流分量，第二項是所需要的低頻調(diào)制信號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實現(xiàn)了有載波振幅調(diào)制信號的解調(diào)。同步檢波電路與包絡(luò)檢波不同,檢波時需要同時加入與載波信號同頻同相的同步信號。利用乘法器可以實現(xiàn)調(diào)幅波的乘積檢波功能,普通調(diào)幅電壓乘積器的原理框圖如圖2.1所示。圖4.2.1 普通調(diào)幅電壓乘積器原理框圖圖4.2.1中,設(shè)輸入信號為普通調(diào)幅信號: （4.2.1）限幅器輸出為等幅載波信號 ,乘法器將兩輸入信

10、號進(jìn)行相乘后輸出信號為: （4.2.2） 再通過低通濾波器作為乘法器的負(fù)載,將所有高頻分量去除,并用足夠大的電容器隔斷直流分量,就可以得到反映調(diào)制規(guī)律的低頻電壓。4.2.2同步檢波器原理 這種方法是將外加載波信號電壓與接收信號在檢波器中相乘，再經(jīng)過低通濾波器，最后檢出原調(diào)制信號，如圖4.2.2所示。圖4.2.2乘積型同步檢波器 設(shè)輸入的已調(diào)波為載波分量被抑制的DSB信號u1為： （4.2.3） 本地載波電壓： （4.2.4） 上兩式中，即本地載波的角頻率等于輸入信號的角頻率，它們的相位不一定相同 （4.2.5） 低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號： （4.2.6）由上式可見

11、，低頻信號的成正比。當(dāng)=0時，低頻信號電壓最大，隨著相位差變大，輸出電壓變小。所以我們不但要求本地載波與輸出信號載波的角頻率必須相等。4.2.3元器件選擇根據(jù)上述對比，采用乘積型同步檢波器。此電路中最關(guān)鍵的電子元件是乘法器，這里我們選擇的是集成模擬乘法器，集成模擬乘法器是完成兩個模擬信號（電流或電壓）相乘的電子器件。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立器件要簡單的多，而且性能優(yōu)越。從價格和性能的角度我們選擇MC1496芯片實現(xiàn)模擬乘法器功能。MC1496是爽平衡四象限模擬乘法器，VT1、VT2與VT3、VT4組成雙差分對放大器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。 圖3.1 MC1496的內(nèi)部電路及

12、引腳圖4.2.4 靜態(tài)工作點設(shè)置MC1496可以采用單電源供電，也可以采用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點由外接元件確定。、靜態(tài)偏置電壓的確定靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，應(yīng)用時，靜態(tài)偏置電壓（輸入電壓為0時）應(yīng)滿足下列關(guān)系，即 (4.2.7) （4.2.8）、靜態(tài)偏置電壓的確定一般情況下，晶體管的基極電流很小，對于圖7-1（a），三對差分放大器的基極電流、和可以忽略不記，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值確定。當(dāng)器件為單電源工作時，引腳14接地，5腳通過一電阻R5接正電源（+

13、UCC的典型值為+12V），由于是的鏡像電流，所以改變電阻R5可以調(diào)節(jié)的大小，即 PD=2I5(V6-V14)+I5(V5-V14) （4.2.9) 根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流應(yīng)小于4mA，一般Io=I5=1mA。器件的總散耗功率可以由下式估算出PD應(yīng)小于器件的最大散耗功率為33mW。4.2.5 同步檢波電路根據(jù)公式4.2.3可知，要實現(xiàn)同步檢波需將與高頻載波同頻的同步信號與已調(diào)信號相乘，實現(xiàn)同步解調(diào)。經(jīng)過低通濾波器濾除2附近的頻率分量后，得到頻率為的低頻信號： （4.2.9）同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號與已調(diào)信號相乘，其電路圖如圖下所示。端輸入同步信號或載波

14、信號，端輸入已調(diào)波信號，輸出端接有電阻R11、C6組成的低通濾波器和1uF的隔直電容，所以該電路對有載波調(diào)幅信號及抑制載波的調(diào)幅信號均可實現(xiàn)解調(diào)，但要合理的選擇低通濾波器的截止頻率。 圖4.2.4 -解調(diào)后波形4.2.6電路圖五、結(jié)論 二極管包絡(luò)檢波的結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，主要是進(jìn)行AM波的解調(diào)；同步檢波的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，主要進(jìn)行DSB解調(diào)六、結(jié)束語本次課程設(shè)計選取的是書本上現(xiàn)成的電路原理圖 ，在設(shè)計方面相對而言比較容易，但是在制作仿真過成和做設(shè)計報告的過程中確實遇到了很多的問題，而這些問題正是我們今后學(xué)習(xí)工作的重點問題或者說是應(yīng)該是必須掌握的技能。首先，設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的

15、，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。 要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅韌的毅力。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。分析問題的原因以及可能出現(xiàn)問題的地方，在此期間是考驗我們學(xué)習(xí)能力的最關(guān)鍵的時刻，同時也是獲取經(jīng)驗的最好的途徑。這位今后的工作奠定了堅實的基礎(chǔ)，也是此次課程設(shè)計的

16、獲益最多的環(huán)節(jié)。其次，設(shè)計報告的書寫也是此次課程設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。可以說設(shè)計的好壞都取決于設(shè)計報告的好壞。書寫報告是對word運(yùn)用的一大考驗，以前很多東西，比方說繪制表格以及很多特殊符號，畫圖都是很陌生的問題。經(jīng)過了此次報告的書寫基本上熟悉了這些操作，辦公軟件應(yīng)用整體上有了提高?？傮w來說，這次實習(xí)我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實際操作能力。在讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。最后感謝老師的指導(dǎo)和各位同學(xué)的幫助。七、參考書目：1 張肅文. 高頻電子線路. 第四版. 北京：高等教育出版社，2004年。2 楊翠娥.高頻電子線路實驗與課程設(shè)計. 哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001年。3 楊欣、王玉鳳、劉湘黔，電路設(shè)計與仿真基于Multisim 8與Protel 2004。清華大學(xué)出版社，2006年4 日鈴木雅臣著、鄧學(xué)譯 高低頻電路設(shè)計與制作 科學(xué)出版社，20065 郝曉劍 儀器電路設(shè)計與應(yīng)用 電子工業(yè)出版社，20076 童詩白 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）高等教育出版社，20067 樊昌信 曹麗娜 通信原理（第六版）國防工業(yè)出版社，20108 康曉明 衛(wèi)俊玲 電路仿真與繪圖快速入門教程 國防工業(yè)出版社，20099 日