包絡(luò)檢波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

高頻電子線路課程設(shè)計(jì) 目 錄前言11 設(shè)計(jì)目的及原理21.1設(shè)計(jì)目的和要求21.1設(shè)計(jì)原理22包絡(luò)檢波器指標(biāo)參數(shù)的計(jì)算62.1電壓傳輸系數(shù)的計(jì)算62.2參數(shù)的選擇設(shè)置63 包絡(luò)檢波器電路的仿真9 3.1 Multisim的簡(jiǎn)單介紹10 3.2 包絡(luò)檢波電路的仿真原理圖及實(shí)現(xiàn)104總結(jié)135參考文獻(xiàn)1414高頻電子線路課程設(shè)計(jì)前言調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程，通常稱為檢波。廣義的檢波通常稱為解調(diào)，是調(diào)制的逆過(guò)程，即從已調(diào)波提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。對(duì)調(diào)幅波來(lái)說(shuō)是從它的振幅變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程；對(duì)調(diào)頻波，是從它的頻率變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程；對(duì)調(diào)相波，是從它的相位變化提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。 工程實(shí)際中，有一類信號(hào)叫做調(diào)幅波信號(hào)，這是一種用低頻信號(hào)控制高頻信號(hào)幅度的特殊信號(hào)。為了把低頻信號(hào)取出來(lái)，需要專門的電路，叫做檢波電路。使用二極管可以組成最簡(jiǎn)單的調(diào)幅波檢波電路。調(diào)幅波解調(diào)方法有二極管包絡(luò)檢波器、同步檢波器。目前應(yīng)用最廣的是二極管包絡(luò)檢波器，不論哪種振幅調(diào)制信號(hào)，都可采用相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電路進(jìn)行解調(diào)。但是，對(duì)普通調(diào)幅信號(hào)來(lái)說(shuō)，它的載波分量被抑制掉，可以直接利用非線性器件實(shí)現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號(hào)，通常將這種振幅檢波器稱為包絡(luò)。為了生動(dòng)直觀的分析檢波電路，利用最新電子仿真軟件Multisim11.0進(jìn)行二極管包絡(luò)檢波虛擬實(shí)驗(yàn)。Multisim具有組建電路快捷、波形生動(dòng)直觀、實(shí)驗(yàn)效果理想等優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算機(jī)虛擬仿真作為高頻電子線路實(shí)驗(yàn)的輔助手段，是一種很好的選擇，可以加深學(xué)生對(duì)一些抽象枯燥理論的理解，從而達(dá)到提高高頻電子線路課程教學(xué)質(zhì)量的目的。1設(shè)計(jì)目的及原理1.1 設(shè)計(jì)目的和要求通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)高頻電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會(huì)查尋資料方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)。進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)腦動(dòng)手獨(dú)立開(kāi)展電路實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，鍛煉分析解決高頻電子電路問(wèn)題的實(shí)際本領(lǐng)，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過(guò)典型電路的設(shè)計(jì)與制作，加深對(duì)基本原理的了解，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。要求：掌握串、并聯(lián)諧振回路及耦合回路、高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器、高頻功率放大器、混頻器、幅度調(diào)制與解調(diào)、角度調(diào)制與解調(diào)的基本原理，實(shí)際電路設(shè)計(jì)及仿真。設(shè)計(jì)要求及主要指標(biāo)：用檢波二極管設(shè)計(jì)一AM信號(hào)包絡(luò)檢波器，并且能夠?qū)崿F(xiàn)以下指標(biāo)。l 輸入AM信號(hào)：載波頻率200kHz正弦波。l 調(diào)制信號(hào)：1KHz正弦波，幅度為2V，調(diào)制度為40%。l 輸出信號(hào)：無(wú)明顯失真，幅度大于6V。1.2 設(shè)計(jì)原理 調(diào)幅調(diào)制和解調(diào)在理論上包括了信號(hào)處理，模擬電子，高頻電子和通信原理等知識(shí)，涉及比較廣泛。包括了各種不同信息傳輸?shù)淖罨镜脑恚谴蠖鄶?shù)設(shè)備發(fā)射與接收的基本部分。因?yàn)楸敬握n題要求調(diào)制信號(hào)幅度大于1V，而輸出信號(hào)大于5，所以本課題設(shè)計(jì)需要運(yùn)用放大電路。本次實(shí)驗(yàn)采用二極管包絡(luò)檢波以及運(yùn)算放大電路。在確定電路后。利用EAD軟件Multisim進(jìn)行仿真來(lái)驗(yàn)證假設(shè)結(jié)果。總設(shè)計(jì)框圖如1-1：輸出信號(hào)運(yùn)放電路二極管包絡(luò)檢波器非線性器件輸入信號(hào) 圖1-1總設(shè)計(jì)框圖二極管包絡(luò)檢波器的工作原理：檢波原理電路圖如圖1-2 圖 1-2檢波原理電路圖檢波的物理過(guò)程如下：在高頻信號(hào)電壓的正半周期，二極管正向?qū)ú?duì)電容C充電，由于二極管正向?qū)娮韬苄。猿潆婋娏鱅很大，是電容的電壓Vc很快就接近高頻電壓峰值，充電電流方向如下圖1-3所示： 圖1-3這個(gè)電壓建立后，通過(guò)信號(hào)源電路，又反向地加到二極管D的兩端。這時(shí)二極管是否導(dǎo)通，由電容C上的電壓Vc和輸入電壓Vi共同決定。當(dāng)高頻信號(hào)的瞬時(shí)值小于Vc時(shí)，二極管處于反向偏置，處于截止?fàn)顟B(tài)。電容就會(huì)通過(guò)負(fù)載電阻R放電。由于放電時(shí)間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于調(diào)頻電壓周期，故放電很慢。當(dāng)電容上的電壓下降不多時(shí)，調(diào)頻信號(hào)第二個(gè)正半周期的電壓又超過(guò)二極管上的負(fù)壓，使二極管導(dǎo)通。如圖1-3中t1到t2的時(shí)間為二極管導(dǎo)通（如圖1-4）的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)又對(duì)電容充電，電容的電壓又迅速接近第二個(gè)高頻的最大量。如圖1-3中t2至t3時(shí)間為二極管截止（如圖1-5）的時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)電容又通過(guò)負(fù)載R放電。這樣不斷地反復(fù)循環(huán)。所以，只要充電很快，即充電時(shí)間常數(shù)RdC很小（Rd為二極管導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻）而放電時(shí)間很慢即放電時(shí)間常數(shù)RC很大，就能使傳輸系數(shù)接近1。另外，由于正向?qū)щ姇r(shí)間很短，放電時(shí)間常數(shù)又遠(yuǎn)大于高頻周期，所以輸出電壓Vc的起伏很小，可看成與高頻調(diào)幅波包絡(luò)基本一致，而高頻調(diào)幅波的包絡(luò)又與原調(diào)制信號(hào)的形狀相同，故輸出電壓Vc就是原來(lái)的調(diào)制信號(hào)，達(dá)到解調(diào)得目的。圖1-5 二極管截止 圖1-4 二極管導(dǎo)通圖1-6根據(jù)上述二極管包絡(luò)檢波的工作原理可設(shè)計(jì)出符合本次課程設(shè)計(jì)“包絡(luò)檢波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”的檢波器，其原理電路圖如圖1-7所示。 圖1-7 包絡(luò)檢波器電路圖2 包絡(luò)檢波器指標(biāo)參數(shù)的計(jì)算2.1電壓傳輸系數(shù)的計(jì)算 等幅載頻：Kd= AM波 ：Kd= 僅于RD2R有關(guān)，與包絡(luò)無(wú)關(guān)。Kd為常數(shù)， 理想：RRD，0，Kd=1理想：RRD，0，Kd=1 2.2參數(shù)的選擇設(shè)置 vs較小時(shí)，工作于非線性區(qū)； R較小時(shí)，RD的非線性作用。解決：R足夠大時(shí)，RD的非線性作用，R的直流電壓負(fù)反饋?zhàn)饔?。但R(RC)過(guò)大時(shí)，將產(chǎn)生：(a)惰性失真(放跟不上vs的變化)；(b)負(fù)峰切割失真(交流負(fù)載變化引起)。(a)惰性失真(如圖)圖2-1由圖可見(jiàn)，不產(chǎn)生惰性失真的條件：vs包絡(luò)在A點(diǎn)的下降速率C的放電速率。即： =RC (b)負(fù)峰切割失真(交流負(fù)載的影響及m的選擇) 圖2-2Cc為耦合電容(很大)直流負(fù)載為：R交流負(fù)載為：R交=(RRL)/(R+RL)Cc很大，在一個(gè)周期內(nèi)，Vc(不變)Vs(Kd1時(shí))VR=VAB=VcR/(R+RL)由圖：臨界不失真條件：Vsmin=Vc-mVsVs-mVs=Vs(1-m)m較大時(shí)，若VRVsmin,則產(chǎn)生失真。則要求： =RC例：m=0.3，R=4.7k時(shí)，要求：RL2k；m=0.8，R=4.7k時(shí)，要求：RL4.7k；即：m較大時(shí)，要求負(fù)載阻抗RL較大(負(fù)載較輕)。 負(fù)峰切割失真的改進(jìn)： 圖2-3檢波器的改進(jìn)電路R直=R1+R2R交=R1+(R2RL)/(R2+RL)=R1+R交即： R1足夠大時(shí)，R交的影響減小，不易負(fù)峰切割失真。但R1過(guò)大時(shí)，V的幅度下降，一般取R1/R2=0.10.2(2)檢波電路Ri大，即檢波電路的RL大。(3)晶體管和集成電路包絡(luò)檢波，為直接耦合方式，不存在Cc。 3包絡(luò)檢波器電路的仿真3.1Multisim的簡(jiǎn)單介紹Multisim是Interctive Image Technologies公司推出的一個(gè)專門用于電子電路仿真和設(shè)計(jì)的軟件，目前在電路分析、仿真與設(shè)計(jì)等應(yīng)用中較為廣泛。該軟件以圖形界面為主，采用菜單欄、工具欄和熱鍵相結(jié)合的方式，具有一般應(yīng)用軟件的界面風(fēng)格，用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣和熟練程度自如使用。尤其是多種可放置到設(shè)計(jì)電路中的虛擬儀表，使電路的仿真分析操作更符合工程技術(shù)人員的工作習(xí)慣。3.2包絡(luò)檢波電路的仿真原理圖及實(shí)現(xiàn)如下圖所示為Multisim的仿真原理圖 圖3-1 仿真原理圖 a）如果將仿真原理圖中開(kāi)關(guān)A、C閉合，打開(kāi)仿真按鈕，此時(shí)二極管包絡(luò)檢波后的波形，如下圖： 圖3-2 檢波不失真波形此時(shí)輸出的為正弦波，輸出波形不失真，與試驗(yàn)要求相符。b）如果將仿真原理圖中開(kāi)關(guān)B、C閉合，打開(kāi)仿真按鈕，此時(shí)二極管包絡(luò)檢波后的波形，如下圖： 圖3-3 惰性失真的波形 此時(shí)輸出波形呈鋸齒狀變化，輸出發(fā)生了失真，為惰性失真，與試驗(yàn)要求相符。 c) 如果將仿真原理圖中開(kāi)關(guān)A、D閉合，再將滑動(dòng)變阻器旋鈕移到100%，即使所接電阻為最大。打開(kāi)仿真按鈕，觀察示波器，可得到二極管包絡(luò)檢波后的波形，如下圖： 圖3-4 切割失真此時(shí)發(fā)現(xiàn)輸出的正弦波底部被切割了一部分，輸出發(fā)生了失真，為底部切割失真，與試驗(yàn)要求相符。 再次旋動(dòng)滑動(dòng)變阻器到75%，觀察示波器，看到輸出波形如下圖：圖3-5 切割失真發(fā)現(xiàn)輸出的正弦波底部也被切割了一部分，發(fā)生了失真，為底部切割失真，與試驗(yàn)要求相符。與圖3-4相比，發(fā)現(xiàn)圖3-5切割的更多，即失真變大。繼續(xù)旋動(dòng)滑動(dòng)變阻器到50%，觀察示波器，看到輸出波形如下圖：圖3-6 切割失真結(jié)論：滑動(dòng)變阻器接入電阻越小越易發(fā)生切割失真，即失真越明顯。 4總結(jié) 這次的設(shè)計(jì)，給自己的印象很深刻。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)的課題設(shè)計(jì)，對(duì)本課題有了一定的了解。但是，在對(duì)該課題有一定了解的前提下，也發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，當(dāng)然，都是自身的不足。認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐之間的差距，聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用去理解知識(shí)比一大堆理論來(lái)的直接與清晰明了。在設(shè)計(jì)中難免會(huì)遇到很多學(xué)習(xí)中不會(huì)注意到的問(wèn)題，比如說(shuō)在調(diào)制中，在取某些值后輸出是失真的波形，在設(shè)計(jì)開(kāi)始并沒(méi)有想過(guò)會(huì)存在那樣多的問(wèn)題，當(dāng)著手時(shí)才發(fā)現(xiàn)要完成一個(gè)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，在元器件、電路和取值都要有一部分的要求。 當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中也遇到很多學(xué)習(xí)上的問(wèn)題，有些地方自己根本看不明白，但經(jīng)過(guò)同組有些同學(xué)一提，才發(fā)現(xiàn)有些很簡(jiǎn)單的地方自己卻并不理解，確實(shí)是一個(gè)很糾結(jié)的問(wèn)題。不過(guò)，我相信，通過(guò)自己的努力，不會(huì)讓自己失望的。 5參 考 文 獻(xiàn)1 曾興文，劉乃安，陳健.高頻電子線路M.北京：高等教育出版社，20072 張肅文等.高頻電子線路M(第四版).北京：高等教育出版社，20043 路而紅等.