高頻包絡(luò)檢波課設(shè)

1、目 錄前 言11包絡(luò)檢波器的設(shè)計(jì)原理和要求21.1包絡(luò)檢波的設(shè)計(jì)框圖21.2包絡(luò)檢波的元器件介紹22包絡(luò)檢波器電路設(shè)計(jì)32.1包絡(luò)檢波的原理電路圖3包絡(luò)檢波器件的作用32.1.2 RC低通濾波電路的作用32.2檢波的物理過(guò)程32.3原理分析42.4 峰值包絡(luò)檢波器的應(yīng)用型輸出電路43包絡(luò)檢波電路仿真63.1仿真軟件6軟件概述63.1.2 Multisim 10軟件功能63.1.3 Multisim10 軟件界面6使用Multisim10的注意事項(xiàng)如下63.2仿真圖7大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波的觀察7包絡(luò)檢波的惰性失真的觀察8負(fù)峰切割失真的觀察9檢波器傳輸系數(shù)計(jì)算104包絡(luò)檢波器電路的分析124.1檢波

2、的等效輸入電阻124.2檢波器的失真13檢波器的惰性失真13檢波器的底部切割失真135心得體會(huì)156參考文獻(xiàn)16前 言檢波（detection） 廣義的檢波通常稱為解調(diào)，是調(diào)制的逆過(guò)程，即從已調(diào)波提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。對(duì)調(diào)幅波來(lái)說(shuō)，是從它的振幅變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程；對(duì)調(diào)頻波來(lái)說(shuō)，是從它的頻率變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程；對(duì)調(diào)相波來(lái)說(shuō)，是從它的相位變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。 狹義的檢波是指從調(diào)幅波的包絡(luò)提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。因此，有時(shí)把這種檢波稱為包絡(luò)檢波或幅度檢波。這種檢波的原理：先讓調(diào)幅波經(jīng)過(guò)檢波器（通常是晶體二極管），從而得到依調(diào)幅波包絡(luò)變化的脈動(dòng)電流，再經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器濾去高頻成分，就得到反映調(diào)

3、幅波包絡(luò)的調(diào)制信號(hào)。調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程，通常稱為檢波。調(diào)幅波解調(diào)方法有二極管包絡(luò)檢波器、同步檢波器。不論哪種振幅調(diào)制信號(hào)，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(duì)于普通調(diào)幅信號(hào)來(lái)說(shuō)，它的載波分量被抑制掉，可以直接利用非線性器件實(shí)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(hào)，通常將這種振幅檢波器稱為包絡(luò)檢波器。目前應(yīng)用最廣的是二極管包絡(luò)檢波器，而在集成電路中，主要采用三極管射極包絡(luò)檢波器。工程實(shí)際中，有一類信號(hào)叫做調(diào)幅波信號(hào)（AM信號(hào)），這是一種用低頻信號(hào)控制高頻信號(hào)幅度的特殊信號(hào)。為了把低頻信號(hào)取出來(lái)，需要專門的電路，叫做檢波電路。使用二

4、極管可以組成最簡(jiǎn)單的調(diào)幅波檢波電路。二極管檢波原理:調(diào)幅波信號(hào)是二極管檢波電路的輸入，由于二極管只允許單向?qū)щ?，所以，如果使用的是硅管，則只有電壓高于0.7V的部分可以通過(guò)二極管。同時(shí)，由于二極管的輸出端連接了一個(gè)電容，這個(gè)電容與電阻配合對(duì)二極管輸出中的高頻信號(hào)對(duì)地短路，使得輸出信號(hào)基本上就是AM信號(hào)包絡(luò)線。電容和電阻構(gòu)成的這種電路功能叫做濾波。課程設(shè)計(jì)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(jì)和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識(shí)，培養(yǎng)我們的實(shí)際動(dòng)手能力以及分析、解決問(wèn)題的能力。另一方面也可使我們更好地鞏固和加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)中

5、小型高頻電子線路的方法，獨(dú)立完成調(diào)試過(guò)程，增強(qiáng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高電路分析和設(shè)計(jì)能力。通過(guò)實(shí)踐引導(dǎo)我們?cè)诶碚撝笇?dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。1包絡(luò)檢波器的設(shè)計(jì)原理和要求振幅解調(diào)是振幅調(diào)制的逆過(guò)程，稱為檢波。與調(diào)制過(guò)程正好相反，從頻譜來(lái)看，檢波就是將調(diào)幅信號(hào)頻譜由高頻搬移到低頻。檢波過(guò)程也是應(yīng)用非線性器件進(jìn)行頻率變換，首先產(chǎn)生許多新的頻率，濾除無(wú)用頻率分量，取出所需要的原調(diào)制信號(hào)。因?yàn)楸敬握n題要求使用包絡(luò)檢波的方法，所以本課題設(shè)計(jì)需要做到以下幾點(diǎn)：(1)大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波的觀察分析；(2)包絡(luò)檢波的惰性失真的觀察分析；(3)負(fù)峰切割失真的觀察分析；(4)觀察負(fù)峰切割

6、失真是所用電阻為電位器，阻值不同時(shí)，失真情況分析。(5)檢波器電壓傳輸系數(shù)。1.1包絡(luò)檢波的設(shè)計(jì)框圖輸入信號(hào)非線性器件二極管包絡(luò)檢波器輸出信號(hào)圖1-1 包絡(luò)檢波的設(shè)計(jì)框圖1.2包絡(luò)檢波的元器件介紹輸入信號(hào)為AM調(diào)制信號(hào),其中調(diào)制指數(shù)m、高頻載波頻率、調(diào)制信號(hào)的頻率、調(diào)頻幅度等參數(shù)均可自己設(shè)定；非線性器件由包絡(luò)檢波二極管組成；二極管包絡(luò)檢波器由電容C和R并聯(lián)組成；輸出信號(hào)連接示波器，可觀察檢波的效果，當(dāng)C、R匹配時(shí)，輸出才不失真。2包絡(luò)檢波器電路設(shè)計(jì)2.1包絡(luò)檢波的原理電路圖Rui+-Crd圖2-1 包絡(luò)檢波的原理電路圖包絡(luò)檢波器件的作用VD 起整流作用；C 起高頻濾波作用；R 作為檢波器的低頻

7、負(fù)載在其兩端輸出已恢復(fù)的調(diào)制信號(hào)。 RC低通濾波電路的作用對(duì)低頻調(diào)制信號(hào)來(lái)說(shuō)，電容C的容抗，電容C相當(dāng)于開路，電阻R就作為檢波器的負(fù)載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓。 對(duì)高頻載波信號(hào)來(lái)說(shuō)，電容C的容抗，電容C相當(dāng)于短路，起到對(duì)高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號(hào)。 理想情況下，RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的阻抗為: ；2.2檢波的物理過(guò)程在高頻信號(hào)電壓的正半周期，二極管正向?qū)ú?duì)電容C充電，由于二極管正向?qū)娮韬苄?，所以充電電流I很大，使電容的電壓Vc很快就接近高頻電壓峰值。 ui(t)與uo(t)t圖2-2輸入與輸出電壓關(guān)系圖2.3原理分析圖2-3充放電原理圖作用在二極管VD兩端上的電壓為與之差，

8、即。所以二極管的導(dǎo)通與否取決于 當(dāng)，二極管導(dǎo)通；當(dāng)，二極管截止。檢波器的有用輸出電壓：（1）檢波器的實(shí)際輸出電壓為：（2）當(dāng)電路元件選擇正確時(shí)，高頻紋波電壓很小，可以忽略，輸出電壓為：（3）包含了直流及低頻調(diào)制分量。 2.4 峰值包絡(luò)檢波器的應(yīng)用型輸出電路圖2-4輸入信號(hào)包絡(luò)圖圖2-5解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)原理圖電容Cd的隔直作用，直流分量被隔離，輸出信號(hào)為解調(diào)恢復(fù)后的原調(diào)制信號(hào)，一般常作為接收機(jī)的檢波電路。圖2-6包絡(luò)檢波輸出信號(hào)圖這樣就由C和R濾出了低頻交流信號(hào)圖2-7輸出直流分量原理圖電容C的旁路作用，交流分量被電容C旁路，輸出信號(hào)為直流分量一般作為自動(dòng)增益控制信號(hào)（AGC信號(hào)）的檢測(cè)電路。3

9、包絡(luò)檢波電路仿真3.1仿真軟件軟件概述Multisim10是美國(guó)NI公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬、數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。有了Multisim 軟件，就相當(dāng)于擁有了一個(gè)設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室，可以非常方便的從事電路設(shè)計(jì)、仿真、分析工作。 Multisim 10軟件功能 ( 1.) 模擬電路仿真 ( 2.) 數(shù)字電路仿真 ( 3.) 高頻電路仿真 ( 4.) 單片機(jī)仿真 Multisim10 軟件界面操作命令下拉菜單 操作快捷鍵圖3-1 Multisim10 軟件界面使用Multisim10的

10、注意事項(xiàng)如下1.整流電路中橋堆的選擇在二極管元件庫(kù)中選擇,雙擊橋堆,選擇第一個(gè)型號(hào)即可2. 學(xué)會(huì)改變導(dǎo)線的顏色,以便于觀察.3.不要長(zhǎng)時(shí)間使軟件處于仿真狀態(tài)，以免死機(jī)4.刪除元件、儀器、連線等，一定要在斷開仿真開關(guān)的情況下進(jìn)行5.注意仿真的與實(shí)際的差別，使用標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)6.分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試3.2仿真圖大信號(hào)峰值包絡(luò)檢波的觀察圖3-2包絡(luò)檢波不失真電路圖 輸入信號(hào)高頻載波頻率為10KHZ，調(diào)制信號(hào)的頻率為100HZ，RC低通濾波器中R為50K,C為40nF，當(dāng)C和R匹配時(shí)，輸出電壓波形不會(huì)失真，如下圖3-3所示，當(dāng)R和C不匹配時(shí)，輸出電壓波形則會(huì)失真，如下圖3-5和3-7所示。圖3-3包絡(luò)檢

11、波不失真仿真圖其中輸入信號(hào)高頻載波頻率為10KHZ，調(diào)制信號(hào)的頻率為100HZ，輸入信號(hào)振幅為5V，調(diào)制指數(shù)為0.6。包絡(luò)檢波的惰性失真的觀察圖3-4包絡(luò)檢波的惰性失真電路圖包絡(luò)檢波器輸出信號(hào)惰性失真是由放電常數(shù)過(guò)大引起的，因?yàn)椋訡和R任一一個(gè)過(guò)大都會(huì)引起惰性失真，R越大，失真現(xiàn)象越明顯。在此，我采用電位器只是調(diào)節(jié)了R，同樣的，調(diào)節(jié)電容C也會(huì)相應(yīng)的觀察到這種現(xiàn)象。圖3-5包絡(luò)檢波的惰性失真仿真圖其中輸入信號(hào)高頻載波頻率為10KHZ，調(diào)制信號(hào)的頻率為100HZ，輸入信號(hào)振幅為5V，調(diào)制指數(shù)為0.6。負(fù)峰切割失真的觀察圖3-6負(fù)峰切割失真電路圖包絡(luò)檢波的負(fù)峰切割失真是由負(fù)載過(guò)小引起的。此時(shí)交流

12、電阻與直流電阻阻值不相等，引起失真。越小，失真現(xiàn)象越明顯。圖3-6負(fù)峰切割失真仿真圖其中輸入信號(hào)高頻載波頻率為10KHZ，調(diào)制信號(hào)的頻率為100HZ，輸入信號(hào)振幅為5V，調(diào)制指數(shù)為0.6。檢波器傳輸系數(shù)計(jì)算檢波器傳輸系數(shù)或稱為檢波系數(shù)、檢波效率,是用來(lái)描述檢波器對(duì)輸入已調(diào)信號(hào)的解調(diào)能力或效率的一個(gè)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(hào)為高頻等幅波,即時(shí), 定義為 輸出直流電壓與輸入高頻電壓振幅的比值，即當(dāng)輸入高頻調(diào)幅波時(shí)，定義為輸出低頻信號(hào)分量的振幅與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅的比值，即 由圖可知若設(shè)輸入信號(hào)輸出信號(hào)為 則加在二極管兩端的電壓4包絡(luò)檢波器電

13、路的分析4.1檢波的等效輸入電阻峰值檢波器常作為超外差接收機(jī)中放末級(jí)的負(fù)載，故其輸入阻抗對(duì)前級(jí)的有載Q值及回路阻抗有直接影響，這也是峰值檢波器的主要缺點(diǎn)。圖4-1包絡(luò)檢波輸出原理圖 檢波器的輸入電阻是為研究檢波器對(duì)其輸入諧振回路影響大小而定義的，因而，是對(duì)載波頻率信號(hào)呈現(xiàn)的參量。圖4-3檢波器的輸入信號(hào)圖若設(shè)輸入信號(hào)為等幅載波信號(hào)：忽略二極管導(dǎo)通電阻上的損耗功率，由能量守恒的原則檢波器輸入端口的高頻功率為： 全部轉(zhuǎn)換為輸出端負(fù)載電阻R上消耗的功率為：又因所以 4.2檢波器的失真4.2.1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,高頻波紋越小),總希望選取較大的R,C值，但如果取

14、值過(guò)大，使R,C的放電時(shí)間常數(shù)所對(duì)應(yīng)的放電速度小于輸入信號(hào)(AM)包絡(luò)下降速度時(shí)，會(huì)造成輸出波形不隨輸入信號(hào)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。 圖4-3輸入與輸出關(guān)系圖原因:由于負(fù)載電阻R與負(fù)載電容C的時(shí)間常數(shù)RC太大所引起的。這時(shí)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兩端電壓通過(guò)R放電的速度太慢）輸入AM信號(hào)包絡(luò)的變化率>RC放電的速率改進(jìn)措施：為避免產(chǎn)生惰性失真,必須在任何一個(gè)高頻周期內(nèi),使電容C通過(guò)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：任何時(shí)刻，電容C上電壓的變化率應(yīng)大于或等于包絡(luò)信號(hào)的變化

15、率，即得出不失真條件 4.2.2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(hào)，檢波器與后級(jí)低頻放大器的連接如圖所示，為能有效地傳輸檢波后的低頻調(diào)制信號(hào)，要求： 圖4-4包絡(luò)信號(hào)輸出原理圖通常取值較大(一般為510F)，在兩端的直流電壓，大小近似等于載波電壓振幅 經(jīng)R和分壓后在R上產(chǎn)生的直流電壓為： 由于對(duì)檢波二極管VD來(lái)說(shuō)相當(dāng)于一個(gè)反向偏置電壓，會(huì)影響二極管的工作狀態(tài)。 在輸入調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)半周峰值處可能會(huì)低于, 當(dāng) 二極管截止，檢波輸出信號(hào)不跟隨輸入調(diào)幅波包絡(luò)的變化而產(chǎn)生失真。顯然, 越小, 分壓值越大,底部切割失真越容易產(chǎn)生；另外，值越大， 調(diào)幅波包絡(luò)的振幅越大,調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值越

16、小,底部切割失真也越易產(chǎn)生。 改進(jìn)的措施:防止這種失真，必須要求調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值 大于直流電壓。即 避免底部切割失真的條件為式中，為檢波器輸出端的交流負(fù)載電阻，而為直流負(fù)載電阻。5心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我知道了AM是普通調(diào)幅，普通調(diào)幅方式是用低頻調(diào)制信號(hào)去控制高頻正弦波的振幅，使其隨調(diào)制信號(hào)波形的變化而呈現(xiàn)線性變化。包絡(luò)檢波只能對(duì)普通調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行檢波。當(dāng)然，通過(guò)這次課設(shè)我收獲很大，同時(shí)也是一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的平臺(tái)，感覺很好。在使用的Multisim仿真測(cè)試時(shí),我了解了該軟件的原理與使用方法，為我們以后的實(shí)踐打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從設(shè)計(jì)任務(wù)的分析到確定總體的設(shè)計(jì)方案，再到最后的每個(gè)部分的具體

17、實(shí)現(xiàn)。整個(gè)過(guò)程都需要我們充分利用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行思考借鑒。可以說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)針對(duì)前面所學(xué)的知識(shí)的一次比綜合的檢測(cè)。總得來(lái)說(shuō)，這次課設(shè)雖然很累，但非常充實(shí)。在此課設(shè)中，我深刻感受到正確的思路是很重要的，只有你的設(shè)計(jì)思路是正確的，那你的設(shè)計(jì)才有可能成功。因此我們?cè)谡n設(shè)前要做好充分的準(zhǔn)備，認(rèn)真查找詳細(xì)的資料，為我們的設(shè)計(jì)成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)這次的包絡(luò)檢波的課設(shè)，我更認(rèn)識(shí)到了，即使連接電路圖沒有問(wèn)題，但是各種參數(shù)的選擇是很重要的，需要兩個(gè)電容與電阻相匹配，如果不匹配，就需要再調(diào)節(jié)各參數(shù)，這需要反復(fù)的實(shí)驗(yàn)與校正，但是如果每部分電路對(duì)了，總電路也可能出現(xiàn)各種問(wèn)題，這需要很大的耐心。本學(xué)期我學(xué)習(xí)了高頻電路的知識(shí)，對(duì)高頻有了較深了理解。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，一方面可以加深我們的理論知識(shí)，另一方面也可以提高我們考慮問(wèn)題的全面性，將理論知識(shí)上升到一個(gè)實(shí)踐的階段。但是我覺得課程設(shè)計(jì)的過(guò)程是一種享受，當(dāng)自己的設(shè)計(jì)成果成功時(shí)，內(nèi)心的喜悅無(wú)法言語(yǔ)，看到了努力了，付出了，自己也收獲了，因此我會(huì)更加認(rèn)真努力學(xué)習(xí)以后的專業(yè)課程! 6參考文獻(xiàn)1