检波电路详解

6.4.1概述振幅解调(又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于频谱搬移电路。6.4振幅解调(检波)原理与电路中放来非线性器件低通Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f非线性电路低通滤波器从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号输入AM信号检出包络信息包络检波同步检波检波器分类:振幅调制过程：解调过程AM调制DSB调制SSB调制包络检波：同步检波：峰值包络检波平均包络检波乘积型同步检波叠加型同步检波解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RC低通滤波器。其如下图所示解调输出载波信号v0(t)=cos0tv(t)调幅信号vs(t)低通滤波器中放来非线性器件低通Fmax到低放巳调高频信号源载波被抑制的已调波解调原理解调普通调幅波组成原理框图输入电压为v1，输出电压为v2，则检波前后的波形如图所示，输出电压v2是已恢复的原调制信号。检波器v1v2vittt输入高频等幅波则输出是直流电压输入信号是调幅波输出为原调制信号输入脉冲调制波输出为脉冲信号vottt检波前后的波形图LoRc1LmaxRC1串联式二极管（大信号）包络检波器如图(a)所示。图中的RL、C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求检波器的输入信号大于0.5V，所以称为大信号检波器。及。二极管（大信号）峰值包络检波器C++vRL++充电放电(a)iDvi–––C++vRL(b)vcvi––+–RLC电路：二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号一是起高频滤波作用。故必须满足LoRc1LmaxRC1及VDCC++vRL++充电放电iDvi–––串联型二极管包络检波器串联型二极管包络检波器的物理过程1.工作原理大信号的检波的原理:主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC的充放电过程来完成调制信号的提取。ovitvct1t2C++vRL++充电放电iDvi–––vcCc用分析高频功放的折线近似分析法分析vDiD-vCVimθbmBZBBcVVVcosiBZCcVVVcosId={S(vd-VBZ)VdVBZ0VdVBZ若输入信号为等幅波时tVviiicoscosicvv对二极管加一正偏压抵消VBZ则电容C上的输出电压为可以证明33RRdcoscoscoscos)cos1(cosiaiaiicVmVtmVvv若输入信号为调幅波时则电容C上的输出电压为coscosiaVmv若输入信号为调幅波时则输出电压为输出电压振幅为cosiaVmV输出电压与输入信号的包络成正比2.包络检波器的质量指标1)电压传输系数(检波效率)coscosiaiaiadVmVmVmVK输入调幅波包络振幅检波器的音频输出电压cosKd---电流通角3dRR3R---检波器负载电阻Rd---检波器二极管内阻当RRd时，0，cos1。即检波效率Kd接近于1，这是包络检波的主要优点。2)等效输入电阻RidVim---输入高频电压的振幅Iim---输入高频电流的的基波振幅由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。dimdimimimidKRRVKVIVR2/22/RRid即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。通常1Kd因此0ddimI2)t(d1)t(tdcos1Iii负载R两端的平均电压为KdVim，因此平均电流R/VKIimd0如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）L20i2imRVR2V0VVimLiR21R即有，而Vo3)失真产生的失真主要有：①惰性失真；②负峰切割失真；③非线性失真；④频率失真。①惰性失真(对角线切割失真)现象3)失真①惰性失真ovitvct1t2惰性失真原因:由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的。这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化,从而产生失真。为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。也就是要求现象:不产生失真的条件:dttdVdttdC)()(v或写成a2amaxmm1RC在工程上可按maxRC≤1.5计算。tsinVmdtVdimaim电容放电dtdcvRCvc=tmVtVaomcos1)(调幅波包络tmVdttdVaomsin)(包络变化率dtdcvdtVdi0)(112RCma实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即Ω=Ωmin～Ωmax。为了保证不产生失真，必须满足0)(112maxRCma代入得②负峰切割失真(底部切割失真)检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。Rg代表下级电路的输入电阻。++vC+RRgVCCcviD––––考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻Rg后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求gcRC1在检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻R和Rg分压，在R上得到的直流电压为：imgRVRRRV隔直电容Cc数值很大，可认为它对调制频率Ω交流短路，电路达到稳态时，其两端电压VC≈Vim。Vim（1-m）VimttmVvoimicos)cos1(VR)tcosm1(VimttmVvoimicos)cos1(ttmVvoimicos)cos1()tcosm1(Vim)tcosm1(VimVRVRVRVRVR负峰切割失真的现象对于二极管来说，VR是反偏压，它有可能阻止二极管导通，从而产生失真。VimOvVRmaVim负峰切割失真波形为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度Vim(1–ma)必须大于VRimgaimVRRR)m1(VRRRR//RRRRm~ggga即：产生负峰切割失真原因:不产生失真的条件:++vC+RRgVCCcviD––––)1(aimmV21R101~51R68010kR4C32082kR3–6V中放级中放末线回路至低放D2AP95100pC1R1C2R24.7kCd+305100pR5C4C5实际电路中，为防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法，即将R分为R1和R2两部分，如图所示，通常选用D选用点接触型锗二极管2AP9（RD100），R1=680，R2=4.7kR4C3构成低通滤波器。C3上仅有直流电压，它与输入载波成正比，并加到中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。如果输入信号强，C3上直流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器输出电压下降。为了更好地滤波，也将负载电容分成C1和C2两部分。.③非线性失真④频率失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由于耦合电容Cc和滤波电容C所引起的。Cc的存在主要影响检波的下限频率min。为使频率为min时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：gcminRC1gmincR1C或电容C的容抗应在上限频率max时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：RC1max或RCmax1一般Cc约为几F，C约为0.01F。(用失真系数Kf表示)0低通滤波器包络检波器vsvtvivsvtvv(a)(b)抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号，此参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。同步检波有两种实现电路:同步检波电路乘积检波电路非线性器件低通滤波器包络检波器vsv1v0同步检波实现模型其原理电路见右+vr–DCRL+v0–~~+vs–同步检波原理电路设输入信号为抑制载波的双边带tcostcosV0smsv本地振荡信号tcosV0rmrv则它们的合成信号tcostcosVV1V0rmsrmrsvvv故当smrmVV1VVmrmsma时因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。包络检波器构成同步检波电路tcostcosV111v)tcos(V000v0110)tcos()tcost(cosVV11012ν]t)2cos[(VV41tcoscosVV2110101]t)2cos[(VV4110112tcoscosVV2101v已调波为载波分量被抑止的双边带信号准确地等于输入信号载波的角频率即但二者的相位可能不同；这里表示它们的相位差。这时相乘输出（假定相乘器传输系数为1）低通滤波器滤除附近的频率分量后，就得到频率为的低频信号，本地载波电压本地载波的角频率乘积检波电路O电压振幅输入双边带1-1+v0OO波振幅本地载0v2OO电压振幅相乘后21-21+vOO压振幅低频电x低通cos0由式可见，低频信号的输出幅度与成正比。当低频信号电压最大，随着相位差加大，输出电压减弱。在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为“同步检波”。乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是加强了输入信号中的载波分量。由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振荡信号，才能完全恢复原调制信号。时，产生本地振荡信号的方法：（1）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器的频率和相位与发送端一致。（2）对于双边带调制来说，可以从双边带调制信号中提取所需的同频同相的载波信号作本地振荡信号。对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载波信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度抑制的载波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控制本机振荡信号使其同步中。（3）采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波。ttVtii0coscos)(，通过平方律运算器，输出电压为tKVkVii022221coscosttKVim0222cos2121cos式中的K为系数。经中心频率为02的带通滤波器取出02分量，而后由二分频器将其变换为0，最后由中心角频率为0的带通滤波器进一步滤除无用分量，并将取出的0分量进行放大，就可作为所需的同频同相参考信号。平方律运算器带通滤波器（20）带通滤波器放大器(c)二分频器viv1v2v3vr由DSB信号中取出载波信号的实现框图单边带信号的接收(SSB)单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。f0+F第一混频高放第一中放第二混频第二中放带通滤波乘积检波器低通滤波第一本振第二本振第三本振低放f0+Ffi1+Ffi1+Ffi2+Ffi2+Ff1=fi1+f0f2=fi2+fi1fi2F单边带接收机方框图它是二次变频电路。fi1较高，用调谐回路即可选出所需的边带。fi2较低，一般采用带通滤波器取出单边带信号。单边带信号与第三本振载波信号在乘积检波器中进行解调，经过低通滤波器后，即可获得原调制信号。环形解调器低通滤波器低放100kHz100kHz中放(二)混频(二)混频(一)中放(一)高放输入电路频率合成器①1753~3253kHz②3606~6606kHz③7312~13312kHz①353kHz②706kHz③1412kHz①1.5~3MHz②3~6MHz③6~12MHzI路II路