包絡(luò)檢波器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、word 目 錄前言11 設(shè)計目的及原理21.1設(shè)計目的和要求21.1設(shè)計原理22包絡(luò)檢波器指標(biāo)參數(shù)的計算62.1電壓傳輸系數(shù)的計算62.2參數(shù)的選擇設(shè)置63 包絡(luò)檢波器電路的仿真9 3.1 Multisim的簡單介紹10 3.2 包絡(luò)檢波電路的仿真原理圖及實現(xiàn)104總結(jié)135參考文獻(xiàn)14.word前言調(diào)幅波的解調(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。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

2、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，不管哪種振幅調(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路進(jìn)行解調(diào)。但是，對普通調(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)。為了生動直觀的分析檢波電路，利用最新電子仿真軟件Multisim11.0進(jìn)行二極管包絡(luò)檢波虛擬實驗。Multisim具有組建電路快捷、

3、波形生動直觀、實驗效果理想等優(yōu)點。計算機(jī)虛擬仿真作為高頻電子線路實驗的輔助手段，是一種很好的選擇，可以加深學(xué)生對一些抽象枯燥理論的理解，從而到達(dá)提高高頻電子線路課程教學(xué)質(zhì)量的目的。1設(shè)計目的及原理1.1 設(shè)計目的和要求通過課程設(shè)計，使學(xué)生加強(qiáng)對高頻電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會查尋資料方案比擬，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時機(jī)，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，加深對根本原理的了解，增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力。要求：掌握串、并聯(lián)諧振回路及耦合回路、高頻小信號調(diào)諧放大器、高頻功率放大

4、器、混頻器、幅度調(diào)制與解調(diào)、角度調(diào)制與解調(diào)的根本原理，實際電路設(shè)計及仿真。設(shè)計要求及主要指標(biāo)：用檢波二極管設(shè)計一AM信號包絡(luò)檢波器，并且能夠?qū)崿F(xiàn)以下指標(biāo)。l 輸入AM信號：載波頻率200kHz正弦波。l 調(diào)制信號：1KHz正弦波，幅度為2V，調(diào)制度為40%。l 輸出信號：無明顯失真，幅度大于6V。1.2 設(shè)計原理 調(diào)幅調(diào)制和解調(diào)在理論上包括了信號處理，模擬電子，高頻電子和通信原理等知識，涉及比擬廣泛。包括了各種不同信息傳輸?shù)淖罡镜脑?，是大多?shù)設(shè)備發(fā)射與接收的根本局部。因為本次課題要求調(diào)制信號幅度大于1V，而輸出信號大于5，所以本課題設(shè)計需要運用放大電路。本次實驗采用二極管包絡(luò)檢波以及運算放

5、大電路。在確定電路后。利用EAD軟件Multisim進(jìn)行仿真來驗證假設(shè)結(jié)果。總設(shè)計框圖如1-1：輸出信號運放電路二極管包絡(luò)檢波器非線性器件輸入信號 圖1-1總設(shè)計框圖二極管包絡(luò)檢波器的工作原理：檢波原理電路圖如圖1-2 圖 1-2檢波原理電路圖檢波的物理過程如下：在高頻信號電壓的正半周期，二極管正向?qū)ú﹄娙軨充電，由于二極管正向?qū)娮韬苄?，所以充電電流I很大，是電容的電壓Vc很快就接近高頻電壓峰值，充電電流方向如下列圖1-3所示： 圖1-3這個電壓建立后，通過信號源電路，又反向地加到二極管D的兩端。這時二極管是否導(dǎo)通，由電容C上的電壓Vc和輸入電壓Vi共同決定。當(dāng)高頻信號的瞬時值小于Vc

6、時，二極管處于反向偏置，處于截止?fàn)顟B(tài)。電容就會通過負(fù)載電阻R放電。由于放電時間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于調(diào)頻電壓周期，故放電很慢。當(dāng)電容上的電壓下降不多時，調(diào)頻信號第二個正半周期的電壓又超過二極管上的負(fù)壓，使二極管導(dǎo)通。如圖1-3中t1到t2的時間為二極管導(dǎo)通如圖1-4的時間，在此時間內(nèi)又對電容充電，電容的電壓又迅速接近第二個高頻的最大量。如圖1-3中t2至t3時間為二極管截止如圖1-5的時間，在此時間內(nèi)電容又通過負(fù)載R放電。這樣不斷地反復(fù)循環(huán)。所以，只要充電很快，即充電時間常數(shù)RdC很小Rd為二極管導(dǎo)通時的內(nèi)阻而放電時間很慢即放電時間常數(shù)RC很大，就能使傳輸系數(shù)接近1。另外，由于正向?qū)щ姇r間很短，放電時

7、間常數(shù)又遠(yuǎn)大于高頻周期，所以輸出電壓Vc的起伏很小，可看成與高頻調(diào)幅波包絡(luò)根本一致，而高頻調(diào)幅波的包絡(luò)又與原調(diào)制信號的形狀相同，故輸出電壓Vc就是原來的調(diào)制信號，到達(dá)解調(diào)得目的。圖1-5 二極管截止 圖1-4 二極管導(dǎo)通圖1-6根據(jù)上述二極管包絡(luò)檢波的工作原理可設(shè)計出符合本次課程設(shè)計“包絡(luò)檢波器的設(shè)計與實現(xiàn)的檢波器，其原理電路圖如圖1-7所示。 圖1-7 包絡(luò)檢波器電路圖2 包絡(luò)檢波器指標(biāo)參數(shù)的計算2.1電壓傳輸系數(shù)的計算 等幅載頻：Kd= AM波 ：Kd= 僅于RD2R有關(guān)，與包絡(luò)無關(guān)。Kd為常數(shù)， 理想：R>>RD，0，Kd=1理想：R>>RD，0，Kd=1 2.2

8、參數(shù)的選擇設(shè)置 vs較小時，工作于非線性區(qū)； R較小時，RD的非線性作用。解決：R足夠大時，RD的非線性作用，R的直流電壓負(fù)反應(yīng)作用。但R(RC)過大時，將產(chǎn)生：(a)惰性失真(放跟不上vs的變化)；(b)負(fù)峰切割失真(交流負(fù)載變化引起)。(a)惰性失真(如圖)圖2-1由圖可見，不產(chǎn)生惰性失真的條件：vs包絡(luò)在A點的下降速率C的放電速率。即： =RC (b)負(fù)峰切割失真(交流負(fù)載的影響及m的選擇) 圖2-2Cc為耦合電容(很大)直流負(fù)載為：R交流負(fù)載為：R交=(RRL)/(R+RL)Cc很大，在一個周期內(nèi)，Vc(不變)Vs(Kd1時)VR=VAB=VcR/(R+RL)由圖：臨界不失真條件：Vs

9、min=Vc-mVsVs-mVs=Vs(1-m)m較大時，假設(shè)VR>Vsmin,那么產(chǎn)生失真。那么要求： =RC例：m=0.3，R=4.7k時，要求：RL2k；m=0.8，R=4.7k時，要求：RL4.7k；即：m較大時，要求負(fù)載阻抗RL較大(負(fù)載較輕)。 負(fù)峰切割失真的改良： 圖2-3檢波器的改良電路R直=R1+R2R交=R1+(R2RL)/(R2+RL)=R1+R交'即： R1足夠大時，R交'的影響減小，不易負(fù)峰切割失真。但R1過大時，V的幅度下降，一般取R1/R2=0.10.2(2)檢波電路Ri大，即檢波電路的RL大。(3)晶體管和集成電路包絡(luò)檢波，為直接耦合方式，

10、不存在Cc。 3包絡(luò)檢波器電路的仿真3.1Multisim的簡單介紹Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一個專門用于電子電路仿真和設(shè)計的軟件，目前在電路分析、仿真與設(shè)計等應(yīng)用中較為廣泛。該軟件以圖形界面為主，采用菜單欄、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟練程度自如使用。尤其是多種可放置到設(shè)計電路中的虛擬儀表，使電路的仿真分析操作更符合工程技術(shù)人員的工作習(xí)慣。3.2包絡(luò)檢波電路的仿真原理圖及實現(xiàn)如下列圖所示為Multisim的仿真原理圖 圖3-1 仿真原理圖 a如果將仿真原理圖中開關(guān)A、C閉合，翻開仿

11、真按鈕，此時二極管包絡(luò)檢波后的波形，如下列圖： 圖3-2 檢波不失真波形此時輸出的為正弦波，輸出波形不失真，與試驗要求相符。b如果將仿真原理圖中開關(guān)B、C閉合，翻開仿真按鈕，此時二極管包絡(luò)檢波后的波形，如下列圖： 圖3-3 惰性失真的波形 此時輸出波形呈鋸齒狀變化，輸出發(fā)生了失真，為惰性失真，與試驗要求相符。 c) 如果將仿真原理圖中開關(guān)A、D閉合，再將滑動變阻器旋鈕移到100%，即使所接電阻為最大。翻開仿真按鈕，觀察示波器，可得到二極管包絡(luò)檢波后的波形，如下列圖： 圖3-4 切割失真此時發(fā)現(xiàn)輸出的正弦波底部被切割了一局部，輸出發(fā)生了失真，為底部切割失真，與試驗要求相符。 再次旋動滑動變阻器到

12、75%，觀察示波器，看到輸出波形如下列圖：圖3-5 切割失真發(fā)現(xiàn)輸出的正弦波底部也被切割了一局部，發(fā)生了失真，為底部切割失真，與試驗要求相符。與圖3-4相比，發(fā)現(xiàn)圖3-5切割的更多，即失真變大。繼續(xù)旋動滑動變阻器到50%，觀察示波器，看到輸出波形如下列圖：圖3-6 切割失真結(jié)論：滑動變阻器接入電阻越小越易發(fā)生切割失真，即失真越明顯。 4總結(jié) 這次的設(shè)計，給自己的印象很深刻。通過本次實驗的課題設(shè)計，對本課題有了一定的了解。但是，在對該課題有一定了解的前提下，也發(fā)現(xiàn)了很多問題，當(dāng)然，都是自身的缺乏。認(rèn)識到理論與實踐之間的差距，聯(lián)系實際的應(yīng)用去理解知識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，比方說在調(diào)制中，在取某些值后輸出是失真的波形，在設(shè)計開始并沒有想過會存在那樣多的問題，當(dāng)著手時才發(fā)現(xiàn)要完成一個信號的調(diào)制與解調(diào)，在元器件、電路和取值都要有一局部的要求。 當(dāng)然，在設(shè)計中也遇到很多學(xué)習(xí)上的問題，有些地方自己根本看不明白，但經(jīng)過同組有些同學(xué)一提，才發(fā)現(xiàn)有些很簡單的地方自己卻并不理解，確實是一個很糾結(jié)的問題。不過，我相信，通過自己的努力，不會讓自己失望的。 5參 考 文 獻(xiàn)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