包络检波器的设计与实现

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1、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。1 Multisim 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

2、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

3、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。1 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

4、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:lKHz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IV,而输出信号 大于5 V,所以本课题设计需要运用放大电

5、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 11:rI输入信号f 非线性器件 图1二极管设计框检波器 f 运放电路 f 输出信号 二极管包络检波器的工作原理:检波原理电路图如图 12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

6、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期的电压又超过二极管上的 负压,使二极管导通。如图13中t1到t2的时间为二极管导通（如图14）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 13 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dC 很小（Rd为二极管

7、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”的检波器,其原理电路图如图 17所示。图 17 包络检波器电路图2 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=AM 波：Kd=申仅于RD2R有关，与包

8、络无关.Kd为常数，理想：RRD,0fO, Kd=1理想：RRD，00, Kd=12.2参数的选择设置 vs较小时，工作于非线性区； R较小时，RD的非线性作用b解决:R足够大时,RD的非线性作用J,R的直流电压负反馈作用f。但R(RC)过大时，将产生：(a)惰性失真/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)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SC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22Cc为耦合电容(很大)直流负载为：R交流负载为：R交=(RRL) / (R+RL)TCc很大，在一个周期内，Vc

9、 (不变)-Vs(Kd-1时)VR=VAB=Vc R/ (R+RL)由图：临界不失真条件：Vsmin=Vc一mVsVs-mVs=Vs (1一m)m较大时，若VRVsmin,则产生失真。则要求：=RC例：m=0.3, R=4。7kQ 时，要求:RL2kQ；m=0。8,R=4.7kQ 时，要求:RLN4.7kQ；即：m较大时，要求负载阻抗RL较大(负载较轻)。负峰切割失真的改进：图2-3检波器的改进电路R =R1+R2R 交=人1+ (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，V。的幅度下降，一般取R1/R2=0.10.2(2)

10、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。3包络检波器电路的仿真3。1Multisim的简单介绍Multisim 是 Interctive Image Technologies 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

11、所示为 Multisim 的仿真原理图图 3-1 仿真原理图a）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 32 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。c）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

12、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 35 切割失真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 34 相比，发现图 35 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 36 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。4 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

13、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，在设计开始并没 有想过会存在那样多的问题，当着手时才发现要完成一个信号的调制与解调 ,在 元器件、电路和取值都要有一部分的要求。当然，在设计中也遇到很多学习上的问题,有些地方自己根本看不明白,但经 过同组有些同学一提，才发现有些很简单的地方自己却并不理解，确实是一个很 纠结的问题。不过，我相信，通过自己的努力，不会让自己失望的。5 参 考 文 献1曾兴文，刘乃安，陈健高频电子线路M。北京:高等教育出版社,20072 张肃文等。高频电子线路M（第四版）。北京：高等教育出版社,20043路而红等.虚拟电子实验室M。北京：人民邮电出版社,20064华成英，童诗白。模拟电子技术M（第四版）。北京:高等教育出版社,20065清华大学通信教研组.高频电路M.北京:人民邮电出版社，19796杨欣,王玉凤。电子设计从零开始M。北京：清华大学出版社,20097谢嘉奎高频电子线路M（第二版）。北京：高等教育出版社,19848武秀玲，沈伟慈。高频电子线路M。西安：西安电子科技大学出版社，1995