包絡(luò)檢波器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、20132014學(xué)年第一學(xué)期高頻電子線路課程設(shè)計報告題目：包絡(luò)檢波器的設(shè)計與實現(xiàn)專業(yè)：電子信息工程班級：11電信1班姓名：指導(dǎo)教師：馮鎖電氣工程學(xué)院2013年12月12日任務(wù)書課題名稱包絡(luò)檢波器的設(shè)計與實現(xiàn)指導(dǎo)教師(職稱)執(zhí)行時間20132014學(xué)年第一學(xué)期第16周學(xué)生姓名學(xué)號承擔(dān)任務(wù)進程安排12月8號課設(shè)理論講解及仿真軟件介紹、學(xué)生練習(xí)使用軟件12月9號電路圖理論設(shè)計12月10號仿真分析12月11號整理、撰寫說明書12月12號進行測試或答辯設(shè)計內(nèi)容、要求1 .原理分析及電路圖設(shè)計2 .用相關(guān)仿真軟件畫出電路并對電路進行分析與測試(1)大信號峰值包絡(luò)檢波的觀察分析；(2)包絡(luò)檢波的惰性失真的觀

2、察分析；(3)負(fù)峰切割失真的觀察分析；(4)觀察負(fù)峰切割失真是所用電阻為電位器，阻值/、同時，失真情況分析；(5)檢波器電壓傳輸系數(shù)計算。0調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號中取出調(diào)制信號的過程，通常稱為檢波。檢波廣義的檢波通常稱為解調(diào)，是調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)波提取調(diào)制信號的過程。對調(diào)幅波來說是從它的振幅變化提取調(diào)制信號的過程；對調(diào)頻波，是從它的頻率變化提取調(diào)制信號的過程；對調(diào)相波，是從它的相位變化提取調(diào)制信號的過程。工程實際中，有一類信號叫做調(diào)幅波信號，這是一種用低頻信號控制高頻信號幅度的特殊信號。為了把低頻信號取出來，需要專門的電路，叫做檢波電路。使用二極管可以組成最簡單的調(diào)幅波檢波電路。調(diào)幅波

3、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，都可采用相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電路進行解調(diào)。但是，普通調(diào)幅信號來說，它的載波分量被抑制掉，可以直接利用非線性器件實現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號，通常將這種振幅檢波器稱為包絡(luò)。為了生動直觀的分析檢波電路，利用了最新電子仿真軟件Multisim11.0進行二極管包絡(luò)檢波虛擬實驗,Multisim具有組建電路快捷、波形生動直觀、實驗效果理想等優(yōu)點。計算機虛擬仿真作為高頻電子線路實驗的輔助手段，是一種很好的選擇，可以加深學(xué)生對一些抽象枯燥理論的理解，從而達到提高高頻電子線路課

4、程教學(xué)質(zhì)量的目的。第1章設(shè)計目的及原理41.1設(shè)計目的和要求41.1設(shè)計原理4第2章指標(biāo)參數(shù)的計算82.1 電壓傳輸系數(shù)的計算82.2 參數(shù)的選擇設(shè)置8第3章Multisim的仿真結(jié)果及分析11總結(jié)16參考文獻17答辯記錄及評分表18第1章設(shè)計目的及原理1.1 設(shè)計目的和要求通過課程設(shè)計，使學(xué)生加強對高頻電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會查尋資料、方案比較，以及設(shè)計計算等環(huán)節(jié)。進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手、獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析、解決高頻電子電路問題的實際本領(lǐng)，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設(shè)計與制作，加深對基本原理的了解，增強學(xué)生的實踐能力。要求：掌

5、握用、并聯(lián)諧振回路及耦合回路、高頻小信號調(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，實際電路設(shè)計及仿真。設(shè)計要求及主要指標(biāo)：用檢波二極管設(shè)計一AM®號包絡(luò)檢波器，并且能夠?qū)崿F(xiàn)以下指標(biāo)。輸入AMW號：載波頻率200kHz正弦波。調(diào)制信號：1KHz正弦波，幅度為2V,調(diào)制度為40%輸出信號：無明顯失真，幅度大于6V1.2 設(shè)計原理調(diào)幅調(diào)制和解調(diào)在理論上包括了信號處理，模擬電子，高頻電子和通信原理等知識，涉及比較廣泛。包括了各種不同信息傳輸?shù)淖罨镜脑?，是大多?shù)設(shè)備發(fā)射與接收的基本部分。因為本次課題要求調(diào)制信號幅度大于1V,而輸出信號大于5V,所以本課題

6、設(shè)計需要運用放大電路。本次實驗采用二極管包絡(luò)檢波以及運算放大電路。在確定電路后。利用EADC件Mu1tisim進行仿真來驗證設(shè)結(jié)果?？傇O(shè)計框圖如1-1:輸入信號非線性器件二極管包絡(luò)檢波器運放電路輸出信號。圖1-1二極管包絡(luò)檢波的工作原理:檢波原理電路圖如圖1-2檢波的物理過程如下:在高頻信號電壓的正半周期，二極管正向?qū)ú﹄娙軨充電，由于二極管正向?qū)娮韬苄?，所以充電電流I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這個電壓建立后，通過信號源電路，又反向地加到二極管D的兩端。這時二極管是否導(dǎo)通，由電容C上的電壓Vc和輸入電壓Vi共同決定。當(dāng)高頻信號的

7、瞬時值小于Vc時，二極管處于反向偏置，處于截止?fàn)顟B(tài)。電容就會通過負(fù)載電阻R放電。由于放電時間常數(shù)RC遠大于調(diào)頻電壓周期，故放電很慢。當(dāng)電容上的電壓下降不多時，調(diào)頻信號第二個正半周的電壓又超過二極管上的負(fù)壓，使二極管導(dǎo)通。如圖3中t1到t2的時間為二極管導(dǎo)通（如圖1-4）的時間，在此時間內(nèi)又對電容充電，電容的電壓又迅速接近第二個高頻的最大量。如圖3中t2至t3時間為二極管截止（如圖1-5）的時間，在次時間內(nèi)電容又通過負(fù)載R放電。這樣不斷地反復(fù)循環(huán)。所以，只要充電很快，即充電時間常數(shù)Rd。艮?。≧d為二極管導(dǎo)通時的內(nèi)阻）而放電時間很慢即放電時間常數(shù)RC很大，就能使傳輸系數(shù)接近1。另外，由于正向?qū)щ?/p>

8、時間很短，放電時間常數(shù)又遠大于高頻周期，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)制信號的形狀相同，故輸出電壓Vc就是原來的調(diào)制信號，達到解調(diào)得目的。圖1-4二極管導(dǎo)通圖1-5二極管截止圖1-6“包絡(luò)檢波根據(jù)上述二極管包絡(luò)檢波的工作原理可設(shè)計出符合本次課程設(shè)計器的設(shè)計與實現(xiàn)”檢波器，具原理電路圖如圖1-7所示。圖1-7包絡(luò)檢波器電路圖第2章包絡(luò)檢波器指標(biāo)參數(shù)的計算2.1 電壓傳輸系數(shù)計算等幅載頻:Kd=cosAM波理想：R>>RD,小-0,Kd=1理想：R>>RD,小-0,Kd=12.2 參數(shù)的選擇設(shè)置vs較小時，工作于非線性

9、區(qū)；R較小時，RD的非線性作用T。解決：R足夠大時，RD的非線性作用；,R的直流電壓負(fù)反饋作用to但R(RC過大時，將產(chǎn)生：(a)惰性失真(r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，不產(chǎn)生惰性失真的條件：vs包絡(luò)在A點的下降速率wC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=(RR_)/(R+R).Cc很大，在一個周期內(nèi)，Vc(不變)=VS(Kd=1時).-.VR=VAB=VcR/(R+R)由圖：臨界不失真條件：Vsmin=Vc-mVs=Vs-m%=

10、Vs(1-m)m較大時，若VRVsmin,則產(chǎn)生失真。則要求:=RC例：m=0.3,R=4.7kQ時，要求：RL>2kQ;m=0.8,R=4.7kQ時，要求：FL>4.7kQ;即：m較大時，要求負(fù)載阻抗FL較大(負(fù)載較輕)負(fù)峰切割失真的改進：圖2-3檢波器的改進電路R直=R1+F2R交=R1+(F2FL)/(F2+FL尸R1+R交'即：R1足夠大時，R交的影響減小，不易負(fù)峰切割失真。但R1過大時，VQ的幅度下降，一般取R1/F2=0.10.2(2)檢波電路后接射隨(R大)，即檢波電路的FL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Od第3章Multisim的

11、仿真結(jié)果及分析如下圖所示為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關(guān)A、C閉合，打開仿真按鈕，此時二極管包絡(luò)檢波后的波形，如下圖：圖3-2檢波不失真波形此時輸出的為正弦波，輸出波形不失真，與試驗要求相符。b）如果將仿真原理圖中開關(guān)B、C閉合，打開仿真按鈕，此時二極管包絡(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，與試驗要求相符。C）如果將仿真原理圖中開關(guān)A、D閉合，再將滑動變阻器旋鈕移到100%即使電路接。電阻為最大。打開仿真按鈕，觀察示波器，可得到二極管包絡(luò)檢波后的波形，如下圖:Xpo5.(Div):0Add

12、門I工fflfflT2T1Time39,395ms泡的5m0X00£Tmebas*Scale;50°us/DivChh那B汕佇：ElIHEU&«notJauIdlone園,岡7TW$<e：2V4>vY(WE.(pw)ihChamelLB-902.307mV-W2.X7mV0.000VChanneiJiL6,506Vi505V0,000V¥p«.(Div):T.4國向國ChannelA5ale；IDVjdN圖3-4切割失真此時發(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,與試驗要求相符。再次旋動滑動變阻器

13、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)旋動滑動變阻器到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，與試驗要求相符。與圖3-4與圖3-5相比，發(fā)現(xiàn)圖3-6切割的更多，即失真更大。結(jié)論：滑動變阻器接入電阻越小越易發(fā)生切割失真，即失真越明顯總結(jié)這次的設(shè)計，給自己的印象很深刻。通過本次實驗的課題設(shè)計，對本課題有了一定的了解。但是，在對該課題有一定的了解的前提下，也發(fā)現(xiàn)了很多問題，當(dāng)然，都是自身的不足。認(rèn)識到理論與實踐之間的差距，聯(lián)系實際的應(yīng)用去理解知識比一大堆理論來的直接與清晰明了。在設(shè)計中難免會遇到很多學(xué)習(xí)中不會注意到的問題，比如說在調(diào)制中在取某些值后輸出是失真的波形，在設(shè)計開始并沒有想過會存在那樣多的問題，當(dāng)著手時才發(fā)現(xiàn)要完成一個信號的調(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)計中也遇到很多學(xué)習(xí)上的問題，有些地方自己根本看不明白，但經(jīng)過同組有些同學(xué)一提，才發(fā)現(xiàn)有些很簡單的地方自己卻并不理解，確實是一個很糾結(jié)的問題。不過，我相