包絡(luò)檢波器設(shè)計書

1、期由2孽底通信電子線路課程設(shè)計說明書包絡(luò)檢波器學(xué) 院：電氣與信息工程學(xué)院學(xué)生姓名：張右后指導(dǎo)教師：_李欣職稱/學(xué)位實驗師專業(yè)：通信工程班級：_通信1302班學(xué) 號：完成時間：_13304402532015-12-31湖南工學(xué)院通信電子線路課程設(shè)計課題任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程指導(dǎo)教師李欣學(xué)生姓名張磊課題名稱包絡(luò)檢波器1、目標：熟悉包絡(luò)檢波器的結(jié)構(gòu)，原理，掌握電路設(shè)計和實物制作方法。2、內(nèi)容：用檢波二極管 2AP12設(shè)計AM信號包絡(luò)檢波器，主要指標：輸入 AM信 號：載波頻率10MHz正弦波，調(diào)制信號：1KHz正弦波，幅度大于 1V,調(diào)制 度為60%,輸出信號：無明顯失真，幅度

2、大于5V。3、要求：制作實際電路并成功調(diào)試，編寫設(shè)計計算說明書。主要參考資料1、胡宴如.高頻電子線路M.北京：高等教育出版社，20122、謝自美.電子線路設(shè)計實驗測試（第三版） M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.3、康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M.北京：高等教育出版社,20064、張肅文，陸兆熊.高頻電子線路M.北京：高等教育出版社，19925、路勇.電子電路實驗及仿真M.北京：清華大學(xué)出版社， 20046、陳松，金鴻.電子設(shè)計自動化技術(shù) Multisim2001&Protel 99seM. 南京：東南大學(xué) 出版社，2001教研室意見教研室主任：（簽字）年 月日摘要調(diào)幅波的解

3、調(diào)即是從調(diào)幅信號中取出調(diào)制信號的過程，通常稱為檢波。檢 波廣義的檢波通常稱為解調(diào)，是調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)波提取調(diào)制信號的過 程。對調(diào)幅波來說是從它的振幅變化提取調(diào)制信號的過程；對調(diào)頻波是從它的 頻率變化提取調(diào)制信號的過程；對調(diào)相波是從它的相位變化提取調(diào)制信號的過 程。工程實際中，有一類信號叫做調(diào)幅波信號，這是一種用低頻信號控制高頻 信號幅度的特殊信號。為了把低頻信號取出來，需要專門的電路，叫做檢波電 路。使用二極管可以組成最簡單的調(diào)幅波檢波電路。調(diào)幅波解調(diào)方法有二極管 包絡(luò)檢波器、同步檢波器。目前應(yīng)用最廣的是二極管包絡(luò)檢波器，不論哪種振 幅調(diào)制信號，都可采用相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電

4、路進行解調(diào)。但 是，普通調(diào)幅信號來說，它的載波分量被抑制掉，可以直接利用非線性器件實 現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號，通常將這種振幅檢 波器稱為包絡(luò)。關(guān)鍵詞：調(diào)幅波；低頻信號；振幅檢波1 緒論 02 包絡(luò)檢波器設(shè)計原理 12.1 原理框圖 12.2 原理電路 22.3 工作原理分析 22.4 峰值包絡(luò)檢波器的輸出電路 42.5 電壓傳輸系數(shù) 42.6 檢波器的惰性失真 52.7 檢波器的底部切割失真 63 包絡(luò)檢波器電路設(shè)計 74 調(diào)試 84.1 AM 發(fā)射機實驗 84.2 AM 接收機實驗 9參考文獻 11致 謝 121 緒論無線通信的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，首先， 遠古時期

5、的手段是用烽火和旗語。其次，到近代出現(xiàn)了有線通信，其中著名的發(fā)明就是1837年Morse發(fā)明得電報和 1876 年 Bell 發(fā)明的電話。電話的發(fā)明加速了通信領(lǐng)域的發(fā)展，為無線通信的出現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。無線通信的出現(xiàn)加快了現(xiàn)代通信領(lǐng)域的飛速發(fā)展。無線通信(Wireless Communication)是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。在移動中實現(xiàn)的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。無線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻

6、帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系。無線通信系統(tǒng)可以分為：信源、調(diào)制、高頻功放、天線、高頻小放、混頻和解調(diào)。其中解調(diào)就是從高頻已調(diào)信號的過程，又稱為檢波。對于振幅調(diào)制信號，解調(diào)就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號的過程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，實質(zhì)上是將高頻信號搬移到低頻段，這種搬移正好與調(diào)制的搬移過程相反。振幅解調(diào)方法可以分為包絡(luò)檢波和同步檢波。包絡(luò)檢波是指解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法。由于AM 信號的包絡(luò)與調(diào)制信號呈線性關(guān)系，因此包絡(luò)檢波只適用于AM 波。包絡(luò)檢波

7、是從調(diào)幅波包絡(luò)中提取調(diào)制信號的過程：先對調(diào)幅波進行整流，得到波包絡(luò)變化的脈動電流，再以低通濾波器濾除去高頻分量，便得到調(diào)制信號。包絡(luò)檢波電路有很多種，無源的有二極管檢波，有源的有三極管、運放等；還有單向檢波、橋式檢波、同步檢波等等。最簡單的，也是用得最多的就是二極管和三極管。此次設(shè)計就是利用二極管和低通濾波器實現(xiàn)AM 包絡(luò)檢波，得到不失真的調(diào)制信號。2包絡(luò)檢波器設(shè)計原理2.1 原理框圖包絡(luò)檢波主要用于普通調(diào)幅（AM）信號的解調(diào)，主要由二極管和低通濾波器 組成原理框圖如圖1:f 非線性器件 低通濾波"f圖1包絡(luò)檢波器原理框圖因uAM經(jīng)由非線性器件后輸出電流中含有能線性反映輸入信號包絡(luò)變

8、化 規(guī)律的音頻信號分量（即反映調(diào)制信號變化規(guī)律）。所以包絡(luò)檢波僅適用于標準 調(diào)制波的解調(diào)。此電路不需要加同步信號，電路顯得較簡單。調(diào)幅波的波形及頻譜如圖2:3c-Q 3c 3 c+Q 3圖2調(diào)幅波的波形及頻譜包絡(luò)檢波后的調(diào)制信號波形與頻譜如圖3:包絡(luò)檢波輸出輸出信號頻譜圖3調(diào)制信號的波形及頻譜2.2 原理電路包絡(luò)檢波電路的組成：輸入回路、二極管 VD、RC低通濾波器，如圖4所示:+ / -C-CCC圖4包絡(luò)檢波電路在圖4中，VD起整流作用，C起高頻濾波作用，R作為檢波器的低頻負載 在其兩端輸出已恢復(fù)的調(diào)制信號。RC低通濾波電路有兩個作用：(1)對低頻調(diào)制信號u來說，電容C的容抗相當(dāng)大，電容C相

9、當(dāng)于開路， 電阻R就作為檢波器的負載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓(2)對高頻載波信號uc來說，電容C的容抗特別小，電容C相當(dāng)于短路，起 到對高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號。Zl理想情況下，RC 低通濾波網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的阻抗為：(1)2.3 工作原理分析原理電路如圖5,當(dāng)輸入信號5 t為調(diào)幅波時，那么載波正半周時二極管 導(dǎo)通，輸入高頻電壓通過二極管對電容 C充電，充電時間常數(shù)為qC。因為qC 較小，充電很快，電容上電壓建立的很快，輸出電壓ui t很快增長。作用在二極管VD兩端上的電壓為ui t與Uo t之差，即Ud ui uoo所以 二極管的導(dǎo)通與否取決于uD :當(dāng)Ud Ui Uo 0,二極管導(dǎo)

10、通；當(dāng)Ud Ui Uo 0 ,二極管截止。ui t達到峰值開始下降以后，隨著ui t的下降，當(dāng)Ui t Uo t ,即 Ud ui t Uo t 0時，二極管VD截止。C把導(dǎo)通期間儲存的電荷通過 R放電。 因放電時常數(shù)RC較大，放電較緩慢。圖5二極管對電容 C充電原理圖6電容C放電原理檢波器的有用輸出電壓：U0 t U t UDC(2)檢波器的實際/&出電壓為：U0 t Uc U t U DC Uc(3)當(dāng)電路元件選擇正確時，高頻紋波電壓 Uc很小，可以忽略。輸出電壓為：Uo t u t UDC包含了直流及低頻調(diào)制分量。其輸出電壓波形如圖8:圖8包絡(luò)檢波器輸出電壓2.4 峰值包絡(luò)檢波器

11、的輸出電路圖9檢波電路檢波電路如圖9所示。電容Cd的隔直作用，直流分量UDC被隔離，輸出信 號為解調(diào)恢復(fù)后的原調(diào)制信號u ,一般常作為接收機的檢波電路2.5 電壓傳輸系數(shù)檢波器傳輸系數(shù)(或稱為檢波系數(shù)、檢波效率，是用來描述檢波器對輸入 已調(diào)信號的解調(diào)能力或效率的一個物理量，是指檢波電路的輸出電壓和輸入高 頻電壓振幅之比。當(dāng)檢波電路的輸入信號為高頻等幅波：即 q t Uimcos ct時，當(dāng)輸入高頻調(diào)幅波ui t Uim 1 ma cos t cos ct時Kd定義為輸出低頻信號分量的振幅U m與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的， u m振幅mUim的比值，Kd m u(4)m a= im若設(shè)輸入信號

12、Ui Uam Uim (1 ma cos t)cOS/(5)輸出信號為 Uo(t) KdU im(1 ma cos t)(6)則加在二極管兩端的電壓UD Ui uo UAM uo ()如果下圖所示的折線表示二極管的伏安特征曲線(注意在大信號輸入情況下是允許的)，則有：id(t) gdUAM Uo(t) gdUim(1 ma cos t)cos ct u°(t)當(dāng) ct 。時 id(t) 0uo(t) U im(1 ma cos t) cos U im cosmaU im cos cos t U DC U m cos t可見Uo(t)有兩部分：直流分量：U DC U im cos(7)

13、低頻調(diào)制分量：UU m cos t(8)圖10包絡(luò)檢波圖所以有Kd -U- maU immaUim 8sCOS ,一電流通角（二極管導(dǎo)通角度）。maUim2.6 檢波器的惰性失真一般為了提高檢波效率和濾波效果（C越大，高頻波紋越?。傁Ｍx取較 大的R, C值，但如果取值過大，使R, C的放電時間常數(shù)所對應(yīng)的放電速度小 于輸入信號（AM）包絡(luò)下降速度時，會造成輸出波形不隨輸入信號包絡(luò)而變化， 從而產(chǎn)生失真，這種失真是由于電容放電惰性引起的，故稱為惰性失真。原因：由于負載電阻R與負載電容C的時間常數(shù)RC太大所引起的。這時 電容C上的電荷不能很快地隨調(diào)幅波包絡(luò)變化， 從而產(chǎn)生失真（電容C兩端電

14、壓通過R放電的速度太慢）。輸入AM信號包絡(luò)的變化率RC放電的速率改進措施：為避免產(chǎn)生惰性失真，必須在任何一個高頻周期內(nèi)，使電容C通 過R放電的速度大于或等于包絡(luò)下降速度。避免產(chǎn)生惰性失真的條件：在任何時刻，電容 C上電壓的變化率應(yīng)大于或等于包絡(luò)信號的變化率：uc UAM (t)(9)2(10)即得出不失真條件：RCm2.7 檢波器的底部切割失真原因：一般為了取出低頻調(diào)制信號，檢波器與后級低頻放大器的連接如圖VD13所示：后綴放大器!十 5)c圖13包絡(luò)檢波應(yīng)用型電路圖14底部切割失真波形圖如圖14所示R越小，Ur分壓值越大，底部切割失真越容易產(chǎn)生；另外,ma值越大，調(diào)幅波包絡(luò)的振幅 maUm越

15、大，調(diào)幅波包絡(luò)的負峰值Um 1 ma越小，底部切割失真也越易產(chǎn)生。改進的措施：要防止這種失嵬 大于直流電壓Ur，即 ma 避免底部切割失真的條件為：必鯉g求調(diào)幅波包絡(luò)的負峰值R RLRlR RlUm 1 n(11)式中R為直流負載電阻。3包絡(luò)檢波器電路設(shè)計根據(jù)包絡(luò)檢波原理設(shè)計出包絡(luò)檢波電路，電路圖如圖15所示:圖15包絡(luò)檢波設(shè)計電路XPC1是AM信號，載波幅度為3V,頻率為10MHz,調(diào)制信號的頻率為 1KHz,調(diào)制幅度為60%。SD41是檢波二極管，用于整流。電容C1、電阻R1、電阻R2構(gòu)成低通濾波器。C起高頻濾波作用，R作為 檢波器的低頻負載在其兩端輸出已恢復(fù)的調(diào)制信號。對低頻調(diào)制信號u來

16、說，電容C的容抗相當(dāng)大，電容C相當(dāng)于開路，電阻R就作為檢波器的負載，其兩 端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓。對高頻載波信號 Uc來說，電容C的容抗特別小，電 容C相當(dāng)于短路，起到對高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號。電容C2的隔直作用，直流分量Udc被隔離，輸出信號為解調(diào)恢復(fù)后的原調(diào) 制信號u 。I在已知調(diào)制系數(shù)m下滿足避免惰性失真條件RC *1 m 和滿足避免底 部切割失真條件ma r RZ/R旦下選擇合適的gm使包絡(luò)檢波器產(chǎn)R RlR R生不失真的波形。AM調(diào)幅信號在經(jīng)過選用合適的二極管、 低通濾波器電容C和電阻R的參數(shù) 后在R兩端輸出調(diào)制信號，完成包絡(luò)檢波。根據(jù)仿真電路運行電路觀察不失真的輸出與輸

17、入的波形如圖17所示：圖16包絡(luò)檢波器輸入輸出波形從圖16可以讀出輸入信號的頻率為f 300KHz，包絡(luò)的最大值為Ummax 9V ,包絡(luò)的最小值為U mmin 1V ；輸出波形的頻率為f 1KHZ ,幅度為 U o 3.6V 。4調(diào)試4.1 AM發(fā)射機實驗(1)將振蕩模塊中撥碼開關(guān)S2中“4”置于“ON”即為晶振。將振蕩模 塊中撥碼開光S4中“3”置于“ON”，“S3”全部開路。用示波器觀察 J6輸出 10MHz載波信號，調(diào)整電位器 VR5,使其輸出幅度為0.3V左右。(2)低頻調(diào)制模塊中開關(guān)S6撥向左端，短路塊J11, J17連通到下橫線處， 將示波器連接到振幅調(diào)制模塊中就 J19處(TZ

18、XH1 ),調(diào)整低頻調(diào)制模塊中VR9, 使輸出1KHZ正弦信號Vpp 0.1-0.2v 0(3)將示波器接在J23處可觀察到普通調(diào)幅波。(4)將前置放大模塊中J15連通到TF下橫線處，用示波器在J26處可觀 察到放大后的調(diào)幅波。改變 VR10可改變前置放大單元的增益。(5)調(diào)整前置放大模塊 VR10使J26輸出1Vpp左右的不失真AM波，將 功率放大模塊中J4連通，調(diào)節(jié)VR4使J8 (JF.OUT)輸出6Vpp左右不失真的 放大信號。(6)將J5, J10連通到下橫線處，開關(guān)S1撥向右端(+12V)處，示波器 在J13 (BF.OUT)可觀察到放大后的調(diào)幅波，改變電位器VR6可改變內(nèi)放的放 大

19、量。4.2 AM接收機實驗(1)在小信號放大器模塊 J30處(XXH,IN )處加入10MHz小于50mv的 調(diào)幅信號，調(diào)幅度小于30%。(2)將晶體管混頻模塊中J33, J34均連通到下橫線處，示波器在輸出端 J36 (J.H.OUT)端可觀察到混頻后 6.455MHZ的AM波。(3)調(diào)整中周CP3及VR13使J36處輸出電壓最大。(4)將J29連通到J.H.IN下橫線處，開關(guān)S9撥向右端，調(diào)整VR14使二 次混頻輸出J38 (Z.P.OUT)輸出0.2V,455KHz不失真的調(diào)幅波。(5)連通中放模塊中J40到下橫線處，在中放輸出端J55處可觀察到放大 后的AM波，如圖18所示。圖17輸入

20、AM波形(6)調(diào)諧中周CP6使J55輸出3V左右的AM信號。(7)振幅解調(diào)處與包絡(luò)檢波器的信號輸入端接入電路，將信號輸出端接入示波器，則可以觀察到放大后的低頻信號，解調(diào)后的低頻信號如圖19所示。圖18解調(diào)后輸出波形參考文獻1 曾興文，劉乃安，陳健. 高頻電子線路M. 北京：高等教育出版社，20072 張肅文等. 高頻電子線路M（ 第四版 ）. 北京：高等教育出版社，20043 路而紅等. 虛擬電子實驗室M. 北京：人民郵電出版社，20064 華成英， 童詩白 . 模擬電子技術(shù)M（ 第四版 ）. 北京：高等教育出版社，20065 清華大學(xué)通信教研組. 高頻電路M. 北京：人民郵電出版社，1979

21、6 楊欣，王玉鳳. 電子設(shè)計從零開始M. 北京：清華大學(xué)出版社，20097 謝嘉奎 . 高頻電子線路M（ 第二版 ）. 北京：高等教育出版社，19848 武秀玲， 沈偉慈 . 高頻電子線路M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1995這次的設(shè)計，給我的印象很深。剛拿到課程設(shè)計的題目時侯感覺這次課程 設(shè)計的內(nèi)容不太難，但是當(dāng)開始進行設(shè)計的時候感覺電路原理比較簡單，但是 參數(shù)的選擇比較難。后來在查了 一些資料和計算后對各個參數(shù)的選擇有了大致 的了解，然后經(jīng)過多次的的修改終于設(shè)計出比較滿意的作品。通過本次課程設(shè)計，對本課題有了一定的了解。但是，在對該課題有一定 的了解的前提下，也發(fā)現(xiàn)了很多問題。認識到理論與實踐之間的差距，聯(lián)系實 際的應(yīng)用去理解只是比一大堆理論來的直接與清晰明了。在設(shè)計中難免會遇到 很多學(xué)習(xí)中不會注意到的問題，比如說在調(diào)制中在取元件的某些值后輸出是失 真的波