包络检波器的设计与实现

2013~2014学年 第一学期 《 高 频 电 子 线 路 》 课程设计报告 题目：包络检波器的设计与实现 专业：电子信息工程 班级：11 电信 1 班 姓名： 指导教师：冯锁 电气工程学院 2013 年 12 月 12 日 任务书 课题名称包络检波器的设计与实现 指导教师（职称） 执行时间2013~2014 学年第一学期第 16 周 学生姓名学号承担任务 进程安排 12 月 8 号课设理论讲解及仿真软件介绍、学生练习使 用软件 12月 9 号电路图理论设计 12月 10 号仿真分析 12月 11 号整理、撰写说明书 12月 12 号进行测试或答辩 设计内容、要求 1．原理分析及电路图设计 2．用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试 (1) 大信号峰值包络检波的观察分析； (2) 包络检波的惰性失真的观察分析； (3) 负峰切割失真的观察分析； (4) 观察负峰切割失真是所用电阻为电位器，阻值不同 时，失真情况分析； (5) 检波器电压传输系数计算 。 。 2 摘要 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。 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，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，利用了最新电子仿真软件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。 3 目录 第 1 章设计目的及原理 . 4 1.1 设计目的和要求 . 4 1.1 设计原理 . 4 第 2 章指标参数的计算 . 8 2.1 电压传输系数的计算 . 8 2.2 参数的选择设置 . 8 第 3 章 Multisim的仿真结果及分析 11 总 结 . 16 参 考 文 献 . 17 答辩记录及评分表 18 4 第1章设计目的及原理 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 验证设结果。 总设计框图如 1-1： 5 图 1-1 二极管包络检波的工作原理： 检波原理电路图如图1-2 图 1-2 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 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。 6 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。 当电容上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二极管上的 负压，使二极管导通。如图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 3 中 t2 至 t3 时间为二极管截止（如图1-5）的时间，在次时间内电容又通 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 1-4 二极管导通 图 1-5 二极管截止 7 图 1-6 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”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 8 第 2 章包络检波器指标参数的计算 2.1 电压传输系数计算 等幅载频： Kd==cos AM 波：Kd= 理想： RRD,φ→0, Kd=1 理想： RRD,φ→0, Kd=1 2.2 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) 9 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 (b) 负峰切割失真 ( 交流负载的影响及m的选择 ) 图 2-2 Cc 为耦合电容 ( 很大) 直流负载为： R 交流负载为： R交=(RR L)/( R+R L) ∵Cc 很大，在一个周期内， Vc( 不变)≈Vs( Kd≈1 时) 10 ∴VR=