包络检波器的设计与实现

目录前言................................................................................................................................11设计目的及原理........................................................................................................21.1设计目的和要求...............................................................................................21.1设计原理...........................................................................................................22包络检波器指标参数的计算.....................................................................................62.1电压传输系数的计算.......................................................................................62.2参数的选择设置...............................................................................................63包络检波器电路的仿真............................................................................................93.1Multisim的简单介绍......................................................................................103.2包络检波电路的仿真原理图及实现.............................................................104总结...........................................................................................................................135参考文献...................................................................................................................14高频电子线路课程设计11前言调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。对调幅波来说是从它的振幅变化提取调制信号的过程；对调频波，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波，是从它的相位变化提取调制信号的过程。工程实际中，有一类信号叫做调幅波信号，这是一种用低频信号控制高频信号幅度的特殊信号。为了把低频信号取出来，需要专门的电路，叫做检波电路。使用二极管可以组成最简单的调幅波检波电路。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是，对普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络。为了生动直观的分析检波电路，利用最新电子仿真软件Multisim11.0进行二极管包络检波虚拟实验。Multisim具有组建电路快捷、波形生动直观、实验效果理想等优点。计算机虚拟仿真作为高频电子线路实验的辅助手段，是一种很好的选择，可以加深学生对一些抽象枯燥理论的理解，从而达到提高高频电子线路课程教学质量的目的。高频电子线路课程设计221设计目的及原理1.1设计目的和要求通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。要求：掌握串、并联谐振回路及耦合回路、高频小信号调谐放大器、高频功率放大器、混频器、幅度调制与解调、角度调制与解调的基本原理，实际电路设计及仿真。设计要求及主要指标：用检波二极管设计一AM信号包络检波器，并且能够实现以下指标。输入AM信号：载波频率200kHz正弦波。调制信号：1KHz正弦波，幅度为2V，调制度为40%。输出信号：无明显失真，幅度大于6V。1.2设计原理调幅调制和解调在理论上包括了信号处理，模拟电子，高频电子和通信原理等知识，涉及比较广泛。包括了各种不同信息传输的最基本的原理，是大多数设备发射与接收的基本部分。因为本次课题要求调制信号幅度大于1V，而输出信号大于5Ｖ，所以本课题设计需要运用放大电路。本次实验采用二极管包络检波以及运算放大电路。在确定电路后。利用EAD软件Multisim进行仿真来验证假设结果。总设计框图如1-1：→→→→图1-1总设计框图输入信号非线性器件二极管包络检波器运放电路输出信号高频电子线路课程设计33二极管包络检波器的工作原理：检波原理电路图如图1-2图1-2检波原理电路图检波的物理过程如下：在高频信号电压的正半周期，二极管正向导通并对电容C充电，由于二极管正向导通电阻很小，所以充电电流I很大，是电容的电压Vc很快就接近高频电压峰值，充电电流方向如下图1-3所示：图1-3这个电压建立后，通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。这时二极管是否导通，由电容C上的电压Vc和输入电压Vi共同决定。当高频信号的瞬时值小于Vc时，二极管处于反向偏置，处于截止状态。电容就会通过负载电阻R放电。由于放电时间常数RC远大于调频电压周期，故放电很慢。高频电子线路课程设计44当电容上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周期的电压又超过二极管上的负压，使二极管导通。如图1-3中t1到t2的时间为二极管导通（如图1-4）的时间，在此时间内又对电容充电，电容的电压又迅速接近第二个高频的最大量。如图1-3中t2至t3时间为二极管截止（如图1-5）的时间，在此时间内电容又通过负载R放电。这样不断地反复循环。所以，只要充电很快，即充电时间常数RdC很小（Rd为二极管导通时的内阻）而放电时间很慢即放电时间常数RC很大，就能使传输系数接近1。另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频周期，所以输出电压Vc的起伏很小，可看成与高频调幅波包络基本一致，而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压Vc就是原来的调制信号，达到解调得目的。图1-6图1-4二极管导通图1-5二极管截止高频电子线路课程设计55根据上述二极管包络检波的工作原理可设计出符合本次课程设计“包络检波器的设计与实现”的检波器，其原理电路图如图1-7所示。图1-7包络检波器电路图高频电子线路课程设计662包络检波器指标参数的计算2.1电压传输系数的计算等幅载频：Kd=coscosVoVsVsVsAM波：Kd=coscosVmVsmVsVsφ仅于RD2R有关，与包络无关。Kd为常数，理想：RRD，φ→0，Kd=1理想：RRD，φ→0，Kd=12.2参数的选择设置①vs较小时，工作于非线性区；②R较小时，RD的非线性作用↑。解决：R足够大时，RD的非线性作用↓，R的直流电压负反馈作用↑。但R(RC)过大时，将产生：(a)惰性失真(τ放跟不上vs的变化)；(b)负峰切割失真(交流负载变化引起)。(a)惰性失真(如图)图2-1由图可见，不产生惰性失真的条件：vs包络在A点的下降速率≤C的放电速率。即：=RC2maxmaxmax1+mm高频电子线路课程设计77(b)负峰切割失真(交流负载的影响及m的选择)图2-2Cc为耦合电容(很大)直流负载为：R交流负载为：R交=(RRL)/(R+RL)∵Cc很大，在一个周期内，Vc(不变)≈Vs(Kd≈1时)∴VR=VAB=Vc[R/(R+RL)]由图：临界不失真条件：Vsmin=Vc-mVs≈Vs-mVs=Vs(1-m)m较大时，若VRVsmin,则产生失真。则要求：=RC2maxmaxmax1+mm例：m=0.3，R=4.7kΩ时，要求：RL≥2kΩ；m=0.8，R=4.7kΩ时，要求：RL≥4.7kΩ；即：m较大时，要求负载阻抗RL较大(负载较轻)。高频电子线路课程设计88负峰切割失真的改进：图2-3检波器的改进电路R直=R1+R2R交=R1+(R2RL)/(R2+RL)=R1+R交'即：R1足够大时，R交'的影响减小，不易负峰切割失真。但R1过大时，VΩ的幅度下降，一般取R1/R2=0.1~0.2(2)检波电路Ri大，即检波电路的RL大。(3)晶体管和集成电路包络检波，为直接耦合方式，不存在Cc。高频电子线路课程设计993包络检波器电路的仿真3.1Multisim的简单介绍Multisim是InterctiveImageTechnologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。该软件以图形界面为主，采用菜单栏、工具栏和热键相结合的方式，具有一般应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟练程度自如使用。尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪表，使电路的仿真分析操作更符合工程技术人员的工作习惯。3.2包络检波电路的仿真原理图及实现如下图所示为Multisim的仿真原理图图3-1仿真原理图高频电子线路课程设计1010a）如果将仿真原理图中开关A、C闭合，打开仿真按钮，此时二极管包络检波后的波形，如下图：图3-2检波不失真波形此时输出的为正弦波，输出波形不失真，与试验要求相符。b）如果将仿真原理图中开关B、C闭合，打开仿真按钮，此时二极管包络检波后的波形，如下图：图3-3惰性失真的波形此时输出波形呈锯齿状变化，输出发生了失真，为惰性失真，与试验要求相符。高频电子线路课程设计1111c)如果将仿真原理图中开关A、D闭合，再将滑动变阻器旋钮移到100%，即使所接电阻为最大。打开仿真按钮，观察示波器，可得到二极管包络检波后的波形，如下图：图3-4切割失真此时发现输出的正弦波底部被切割了一部分，输出发生了失真，为底部切割失真，与试验要求相符。再次旋动滑动变阻器到75%，观察示波器，看到输出波形如下图：图3-5切割失真高频电子线路课程设计1212发现输出的正弦波底部也被切割了一部分，发生了失真，为底部切割失真，与试验要求相符。与图3-4相比，发现图3-5切割的更多，即失真变大。继续旋动滑动变阻器到50%，观察示波器，看到输出波形如下图：图3-6切割失真结论：滑动变阻器接入电阻越小越易发生切割失真，即失真越明显。高频电子线路课程设计13134总结这次的设计，给自己的印象很深刻。通过本次实验的课题设计，对本课题有了一定的了解。但是，在对该课题有一定了解的前提下，也发现了很多问题，当然，都是自身的不足。认识到理论与实践之间的差距，联系实际的应用去理解知识比一大堆理论来的直接与清晰明了。在设计中难免会遇到很多学习中不会注意到的问题，比如说在调制中，在取某些值后输出是失真的波形，在设计开始并