二极管峰值包络检波器的设计

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实践教学

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计算机与通信学院

2012年秋季学期

《通信系统基础实验》设计报告题目：二极管峰值包络检波器的设计

目录

一、实验目的 (1)

1.1、进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的调制方法 (1)

1.2、了解调幅波解调的原理，掌握调幅波的解调方法 (1)

1.3、了解二极管包络检波的主要指标，检波效率及波形失真 (1)

1.4、掌握用集成电路实现同步检波的方法 (1)

二、设计指标 (1)

三、整体电路图说明 (1)

四、详细单元电路设计 (2)

4.1、峰值包络检波 (2)

4.2、失真电路 (3)

4.3、改进电路 (5)

4.4、实验电路 (5)

五、整体电路设计与仿真结果 (6)

5.1、混频器仿真电路仿真图 (6)

5.2、包络检波仿真 (7)

六、设计总结 (7)

七、参考文献 (8)

一、实验目的

1.1、进一步了解调幅波的原理，掌握调幅波的调制方法

1.2、了解调幅波解调的原理，掌握调幅波的解调方法

1.3、了解二极管包络检波的主要指标，检波效率及波形失真

1.4、掌握用集成电路实现同步检波的方法

二、设计指标

2.1、输入AM信号

2.2、输出信号

三、整体电路图说明

在设计电路时要考虑选择性和通频带的要求,保证输出的高频波纹小,减小频率

失真,避免惰性失真和负峰切割失真。在选择二极管时要选择正向电阻小、反向电阻大、结电容小最高工作频率高的二极管。一般多用点触型锗二极管2AP系列。其正向电阻小,正向电流上升快,在信号较小时就可以进入大信号线形检波区。电阻R的选择,主要考虑输入电阻及失真的问题,同时考虑对Kd的影响.容C不能太大,以防止惰性失真:C太小又会使高频波纹大,应使RC>>Tc。

图1：整体电路图

整体电路由混频器和包络检波器组成，上半部分是混频器，下半部分是包络检波器。

四、详细单元电路设计

4.1、峰值包络检波

实验波形如图：

图2：峰值包络检波波型图

RC 电路有两个作用：一是作为检波器的负载；在两端产生解调输出的原调制信

号电压；二是滤除检波电流中的高频分量。为此，RC 网络必须满足R C c <<ω1

且

R C

>>Ω1

。式中，c ω为载波角频率，Ω为调制角频率。 1.v s 正半周的部分时间(φ<90o ) 二极管导通，对C 充电，τ充

=R D C 。因为 R D 很小，所以τ充很小，v o ≈v s

2.v s 的其余时间(φ>90o ) 二极管截止，C 经R 放电，τ放=RC 。因为 R 很大，所以τ放很大，C 上电压下降不

多，仍有：v o ≈v s

（1）过程循环往复，C 上获得与包络(调制信号)相一致的电压波形，有很小的起伏。故称包络检波。

检波过程实质上是信号源通过二级管向负载电容C 充电和负载电容C 对负载电阻R 放电的过程，充电时间常数为R d C ，R d 为二极管正向导通电阻。 放电时间常数为RC ，通常R>R d ,因此对C 而言充电快、放电慢。经过若干个周期后，检波器的输出电压V 0在充放电过程中逐步建立起来，该电压对二极管VD 形成一个大的负电压，从而使二极管在输入电压的峰值附近才导通，导通时间很短，电流导通很小。当C 的充放电达到动态平衡后，V 0按高频周期作锯齿状波动，其平均值是稳定的，且变化规律与输入调幅信号的包络变化规律相同，从而实现了AM 信号的解调。 （2）指标分析

因v s 幅度较大，用折线法分析。

1、v s 为等幅波，包络检波器波形:

图3:包络检波器波形图

2、v s为AM信号

v s=V s(1+mcosΩt)cosωo t

因为Ω<<ωo，所以包络变化缓慢，在ωo的几个周期内：

V s'≈V s(1+mcosΩt)=常数(恒定值)

代入：

v o=V s'cosφ≈V s(1+mcosΩt)cosφ

=V s cosφ+mcosφcosΩt

式中：

V s cosφ为与vo幅度成正比的AGC电压

vΩ=mcosφcosΩt=VΩ'cosΩt (原调制信号)

4.2、失真电路

通过实验发现，峰值包络检波包括：

(a)惰性失真；

(b)负峰切割失真。

失真分析：

(a)惰性失真：惰性失真是由于τ

放跟不上v

s

的变化引起的失真

失真波形如下页图示：

图4：惰性失真波形图

由图可见，不产生惰性失真的条件：

v s包络在A点的下降速率≤C的放电速率

即：

(b)负峰切割失真：

负峰切割失真是由交流负载变化引起的失真，波形如下图示：

图5：负峰切割失真示意图

因为C

c 很大，在一个周期内，V

c

(不变)≈V

s

(K d≈1时)

所以有：

V R=V AB=V c[R/(R+R L)]

由图：临界不失真条件：

V smin=V c-m V s≈V s-mV s=V s(1-m)

m较大时，若V R>V smin,则产生失真。

则要求：

4.3、改进电路

图6：改进电路图

R直=R1+R2

R交=R1+(R2R L)/(R2+R L)=R1+R交'

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

（1）检波电路后接射随(R i大),即检波电路的R L大。

（2）晶体管和集成电路包络检波，为直接耦合方式，不存在C c。

4.4、实验电路

图7：包络检波器模块图

图3：混频器模块图

图8：峰值包络检波器原理图

五、整体电路设计与仿真结果

5.1、混频器仿真电路仿真图

图9:混频器仿真图

5.2、包络检波仿真

图10:包络检波器仿真图

六、设计总结

实践是检验真理的唯一基石。作为一名理工科的学生，应当以锻炼熟练的实验动手能力及严谨的实验求真精神为重点，努力投入到实践生产中去。而这次我们对包络检波的检波原理有了更深的了解和认识，恰恰给了我们搭建起理论知识与实践活动间桥梁的机会，实乃弥足珍贵！通过这次实训，我们明白了如何才能实现不失真，并提出来了改进方案来解决失真问题。通过本次实验，我们受益匪浅。调试带来了不少麻烦，但通过我进一步步仔细的检查，最终还是解决了所有问题。

通过这次实验设计我认为要做好一个实验设计就必须做到在设计程序之前对所用的结构有一个系统的了解，要有一个清晰的思路和一个完整的流程图。调试的完美与否不仅仅是实现功能而应该让人一看就能看出你的动手能力。在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来并分析清楚以免下次再碰到同样的问题。

虽然这次实验不是非常顺利，但这为我以后进行类似的工作积累了宝贵经验，可谓从中受益匪浅。回顾我们的实习过程，短暂却充实，自己也掌握了一些实践中的技能，真切地体会到集体合作在实验中的重要性。要不是同学间相互交流帮助，可能会走很多的弯路甚至功亏一篑，真不愧是集思广益。

七、参考文献

[1] 高频电子线路(第五版）张肃文主编高等教育出版社

[2] 通信原理(第六版）樊昌信曹丽娜主编国防工业出版社

[3] 电路(第五版）邱关源原著罗先觉修订高等教育出版社

[4] 模拟电子技术基础(第四版）童诗白华成英主编高等教育出版社

[5] 信号与系统（第二版）郑君里应启珩杨为理主编高等教育出版社