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)頻波來說，是從它的頻率變化提取調(diào)制信號的過程；對調(diào)相波來說，是從它的相位變化提取調(diào)制信號的過程。 狹義的檢波是指從調(diào)幅波的包絡(luò)提取調(diào)制信號的過程。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)變化的脈動電流，再經(jīng)過一個(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。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。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，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，對于普通調(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(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，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，有一類信號叫做調(diào)幅波信號（AM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

4、極管可以組成最簡單的調(diào)幅波檢波電路。二極管檢波原理:調(diào)幅波信號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)電容與電阻配合對二極管輸出中的高頻信號對地短路，使得輸出信號基本上就是AM信號包絡(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，培養(yǎng)我們的實(shí)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(jì)中

5、小型高頻電子線路的方法，獨(dú)立完成調(diào)試過程，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。通過實(shí)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(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)制的逆過程，稱為檢波。與調(diào)制過程正好相反，從頻譜來看，檢波就是將調(diào)幅信號頻譜由高頻搬移到低頻。檢波過程也是應(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，濾除無用頻率分量，取出所需要的原調(diào)制信號。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)框圖輸入信號非線性器件二極管包絡(luò)檢波器輸出信號圖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為AM調(diào)制信號,其中調(diào)制指數(shù)m、高頻載波頻率、調(diào)制信號的頻率、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。 RC低通濾波電路的作用對低頻調(diào)制信號來說，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。 對高頻載波信號來說，電容C的容抗，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。 理想情況下，RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的阻抗為: ；2.2檢波的物理過程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。猿潆婋娏鱅很大，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輸入信號包絡(luò)圖圖2-5解調(diào)出原調(diào)制信號原理圖電容Cd的隔直作用，直流分量被隔離，輸出信號為解調(diào)恢復(fù)后的原調(diào)制信號，一般常作為接收機(jī)的檢波電路。圖2-6包絡(luò)檢波輸出信號圖這樣就由C和R濾出了低頻交流信號圖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，輸出信號為直流分量一般作為自動增益控制信號（AGC信號）的檢測電路。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NI公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬、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中選擇,雙擊橋堆,選擇第一個(gè)型號即可2. 學(xué)會改變導(dǎo)線的顏色,以便于觀察.3.不要長時(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6.分模塊調(diào)試，最后綜合調(diào)試3.2仿真圖大信號峰值包絡(luò)檢波的觀察圖3-2包絡(luò)檢波不失真電路圖 輸入信號高頻載波頻率為10KHZ，調(diào)制信號的頻率為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高頻載波頻率為10KHZ，調(diào)制信號的頻率為100HZ，輸入信號振幅為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)檢波器輸出信號惰性失真是由放電常數(shù)過大引起的，因?yàn)?，所以C和R任一一個(gè)過大都會引起惰性失真，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高頻載波頻率為10KHZ，調(diào)制信號的頻率為100HZ，輸入信號振幅為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高頻載波頻率為10KHZ，調(diào)制信號的頻率為100HZ，輸入信號振幅為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(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)輸入信號輸出信號為 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)中放末級的負(fù)載，故其輸入阻抗對前級的有載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其輸入諧振回路影響大小而定義的，因而，是對載波頻率信號呈現(xiàn)的參量。圖4-3檢波器的輸入信號圖若設(shè)輸入信號為等幅載波信號：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、值過大，使R,C的放電時(shí)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(shí)，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。 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(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，檢波器與后級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，要求： 圖4-4包絡(luò)信號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： 由于對檢波二極管VD來說相當(dāng)于一個(gè)反向偏置電壓，會影響二極管的工作狀態(tài)。 在輸入調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)半周峰值處可能會低于, 當(dāng) 二極管截止，檢波輸出信號不跟隨輸入調(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心得體會通過這次課程設(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)制信號去控制高頻正弦波的振幅，使其隨調(diào)制信號波形的變化而呈現(xiàn)線性變化。包絡(luò)檢波只能對普通調(diào)幅信號進(jìn)行檢波。當(dāng)然，通過這次課設(shè)我收獲很大，同時(shí)也是一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識的平臺，感覺很好。在使用的Multisim仿真測試時(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)過程都需要我們充分利用所學(xué)的知識進(jìn)行思考借鑒。可以說，這次課程設(shè)計(jì)針對前面所學(xué)的知識的一次比綜合的檢測?？偟脕碚f，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。因此我們在課設(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)?？偟膩碚f，通過這次的包絡(luò)檢波的課設(shè)，我更認(rèn)識到了，即使連接電路圖沒有問題，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了，總電路也可能出現(xiàn)各種問題，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，對高頻有了較深了理解。通過這次課程設(shè)計(jì)，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(gè)實(shí)踐的階段。但是我覺得課程設(shè)計(jì)的過程是一種享受，當(dāng)自己的設(shè)計(jì)成果成功時(shí)，內(nèi)心的喜悅無法言語，看到了努力了，付出了，自己也收獲了，因此我會更加認(rèn)真努力學(xué)習(xí)以后的專業(yè)課程! 6參考文獻(xiàn)1