基于Multisim10的振幅檢波電路仿真及分析

1、摘要2Abstract錯(cuò)誤！未定義書簽。1、引言12、檢波的原理22.1 二極管包絡(luò)檢波原理22.2 大信號(hào)檢波原理錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3 小信號(hào)檢波原理53、用Multisim10仿真的電路及波形63.1 仿真電路63.2 仿真結(jié)果64、二極管包絡(luò)檢波仿真結(jié)果分析84.1 惰性失真84.2 負(fù)峰失真95、結(jié)束語(yǔ)10參考文獻(xiàn)11致謝12基于Multisim10的振幅檢波電路仿真及分析摘要：本文介紹了以包絡(luò)檢波為例的振幅檢波電路仿真及分析，通過(guò)Multisim10軟件對(duì)電路的參數(shù)進(jìn)行選擇和輸出波形進(jìn)行了仿真與分析。結(jié)果表明，利用該軟件可以分析滿足不同要求的檢波電路系統(tǒng)，仿真的結(jié)果與理論相一致。

2、關(guān)鍵詞：二極管；包絡(luò)；檢波電路；Multisim仿真BasedonMultisim10amplitudedetectioncircuitsimulationandanalysisAbstract：Thispaperintroducestheenvelopedetectionasanexampleoftheamplitudedetectioncircuitsimulationandanalysis,throughMultisim10softwareofcircuitandparametersoftheselectionandoutputwaveformissimulatedandanalyzed

3、.Resultsshowthat,usingthesoftwarecansatisfydifferentrequirementsanalysisdetectioncircuitsystem,theresultsofsimulationandtheoryoffsepg.Keywords：diode,Envelope,Detectioncircuit;Multisimsimulation1、引言檢波過(guò)程就是一個(gè)解調(diào)過(guò)程，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。檢波器的作用是從振幅受調(diào)制的高頻信號(hào)中還原出調(diào)制信號(hào)，還原出所得的信號(hào)，與與高頻調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)變化一致，故又稱為包絡(luò)檢波器，目前應(yīng)用最

4、為廣泛的是二極管包絡(luò)檢波器。若輸入信號(hào)是高頻等幅信號(hào)，則輸出就是直流電壓，這是檢波器的一種特殊情況在測(cè)量?jī)x器中應(yīng)用比較廣；若輸入信號(hào)是調(diào)幅波，則輸出就是原調(diào)制信號(hào)，這種應(yīng)用最廣泛，如各種連續(xù)波段工作的調(diào)幅接收機(jī)的檢波器；從頻譜來(lái)看，檢波就像調(diào)制一樣也是頻譜搬移過(guò)程，它是把位于載頻位置的調(diào)制信號(hào)頻譜搬移到低頻位置的過(guò)程，檢波過(guò)程也是應(yīng)用非線性器件進(jìn)行頻率變換，首先產(chǎn)生許多新頻率，然后通過(guò)濾波器，濾除無(wú)用分量，取得所需要的原調(diào)制信號(hào)。檢波電路由輸入回路、非線性器件和低通濾波器三部分組成根據(jù)輸入調(diào)幅信號(hào)的不同特點(diǎn)，常用的檢波方法有包絡(luò)檢波和同步檢波兩種。包絡(luò)檢波常用于普通調(diào)幅波和高頻等幅波的檢波，同

5、步檢波常用于雙邊帶和單邊帶的檢波。Multisim軟件的功能主要是對(duì)電路進(jìn)行仿真分析，利用Multisim10可以完成檢波過(guò)程的仿真及分析。同時(shí)利用Multisim10中豐富的控件資源和系統(tǒng)資源對(duì)電路實(shí)現(xiàn)過(guò)程的流程和特性加以動(dòng)態(tài)的演示，從而起到在電路分析教學(xué)中幫助理解、輔助教學(xué)和自我學(xué)習(xí)的作用。本文就是要通過(guò)Multisim10對(duì)振幅檢波電路用包絡(luò)檢波方法進(jìn)行仿真及分析。2、檢波原理2.1 二極管包絡(luò)檢波原理+cRC低通濾波電路組成。圖1二極管包絡(luò)檢波原理圖由圖1可以看出，二極管包絡(luò)檢波器主要由二極管和二極管導(dǎo)通時(shí)，輸入信號(hào)向C充電，充電時(shí)常數(shù)為RC充電快；二極管截止時(shí),C向R放電，放電快。在

6、輸入信號(hào)作用下，二極管導(dǎo)通和截止不斷重復(fù)，直到充放電達(dá)到平衡后，輸出信號(hào)跟蹤了輸入信號(hào)的包絡(luò)。如果參數(shù)選擇不當(dāng)，二極管包絡(luò)檢波器會(huì)產(chǎn)生惰性失真和負(fù)峰切割失真。惰性失真是由于RC過(guò)大而造成的，負(fù)峰切割失真主要是由于交直流等效電阻不同造成的。2.2 大信號(hào)檢波原理當(dāng)輸入信號(hào)過(guò)大（大于0.5伏）時(shí)，利用二極管單向?qū)щ娞匦詫?duì)振幅調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，稱為大信號(hào)檢波。二極管兩端加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，輸入信號(hào)電壓通過(guò)二極管對(duì)低通濾波器的電容C充電。二極管兩端加反向電壓時(shí)截止，電容C通過(guò)R放電這一特性實(shí)現(xiàn)的檢波，具輸出電壓反映輸入信號(hào)振幅變化的規(guī)律。下圖是二極管大信號(hào)檢波的原理電路，是輸入回路、非線性器件和低通濾波器

7、組成0圖2二極管大信號(hào)檢波的原理電路輸入為等幅波03二極管導(dǎo)通，對(duì)C充電，充電時(shí)常數(shù)很小，充電快。t1t2二極管截止，C通過(guò)R放電，放電時(shí)常數(shù)很大，放電慢。t2t3二極管導(dǎo)通，又對(duì)C充電。13T4二極管截止，C上電壓對(duì)R放電。輸入為普通調(diào)幅波圖3輸出電壓u。&)的變化規(guī)律正好與輸入信號(hào)的包絡(luò)相同。大信號(hào)檢波器的二極管的伏安特性可近似用折線表示為圖4所示:圖4檢波器傳輸系數(shù)Kd或稱為檢波系數(shù)、檢波效率，是用來(lái)描述檢波器對(duì)輸入已調(diào)信號(hào)的解調(diào)能力或效率的一個(gè)物理量。若輸入載波電壓振幅為Um,輸出直流電壓為Uo,則Kd定義為Kd=Uo/Um,由于輸入大信號(hào)檢波器工作在大信號(hào)狀態(tài),二極管的伏安特

8、性可用折線近似。在考慮輸入為等幅波，采用理想的高頻濾波，并以通過(guò)原點(diǎn)的折線表示二極管特性，此時(shí)，忽略二極管的導(dǎo)通電壓，我們可以知道：1 D=9DUDUD-。Id=0Ud<0iDmax=9d(Um-Uo)=gDUm(1-COS)式中，uD=Ui-uO,9D=1/rD,日為電流通角,Id是周期性余弦脈沖，其平均分量Io為Io=iDmax口o(8尸9dUmZn(sinH-0cos0)基頻分量為Ii=iDmax二1F=gDUm/二二-sinsin3式中，口。(日)，(日)為電流分解系數(shù)。我們可以得出Kd=Uo/Um=cos9.這個(gè)就是檢波系數(shù)。2.3小信號(hào)檢波原理輸入高頻信號(hào)的振幅小于0.2V,

9、利用二極管伏安特性的彎曲部分進(jìn)行頻率變換，然后通過(guò)低通濾波器實(shí)現(xiàn)檢波。小信號(hào)檢波的原理電路如右圖所示:D0_<V%圖5因?yàn)槭切⌒盘?hào)輸入，檢波器需外加偏壓使其靜態(tài)工作點(diǎn)位于二極管伏安特性的彎曲部分。輸入為調(diào)幅波時(shí)，小信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)為Kd=0.5b2Uim2R/Uim=0.5b2UmR,而輸入為調(diào)幅波時(shí)，小信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)為Kd=b2mab22RZmaUim=b2b2R上式說(shuō)明，小信號(hào)檢波器的電壓傳輸系數(shù)Kd不是常數(shù)，而與輸入高頻電壓的振幅成正比。當(dāng)輸入高頻電壓振幅Um很小時(shí),電壓傳輸系數(shù)Kd也很小。即檢波效率很低，這是小信號(hào)檢波器的缺點(diǎn)。綜上所述，為了保證檢波器的輸出平均

10、電壓Vav不失真的反映輸入調(diào)幅波的包絡(luò)變化，輸入調(diào)幅波電壓必須足夠的大，使其包絡(luò)變化范圍內(nèi)檢波器始終工作在大信號(hào)檢波狀態(tài)。如果加到檢波器輸入條幅電壓為Vs(t產(chǎn)Vmo(1+cosQtMajCosct,則包絡(luò)的最小值Vmo(1-Ma)應(yīng)大于大信號(hào)檢波時(shí)所需電壓值。當(dāng)二極管的導(dǎo)通電壓VD(on)由外加偏置電壓克服時(shí)，該電壓值應(yīng)在500mv以上。因而，在這種情況下，保證大信號(hào)檢波的條件為Vm0(1-Ma)500mu其次，當(dāng)輸入為復(fù)雜信號(hào)調(diào)制的調(diào)幅波時(shí)，若設(shè)最高調(diào)制頻率為Fmax,為了不產(chǎn)生頻率失真，RlCl低通濾波器的帶寬應(yīng)大于Fmax。當(dāng)解調(diào)調(diào)幅波時(shí)，如果電路參數(shù)選擇不當(dāng)，二極管包絡(luò)檢波還會(huì)產(chǎn)生出

11、了頻率失真之外的惰性失真和負(fù)峰切割失真。3、用Multisim10仿真的電路及波形3.1 仿真電路在Multisim仿真電路窗口創(chuàng)建圖2所示電路。Ig電路中，V1是幅度為1V、頻率為20kHz的高頻載波信號(hào)；V2是幅度為1V、頻率為1kHz的低頻調(diào)制信號(hào)。經(jīng)乘法器A1后，得到AM調(diào)制信號(hào)，該調(diào)制信號(hào)再經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波器檢波輸出。3.2 仿真結(jié)果1 .正常波形開啟仿真開關(guān)，雙擊虛擬示波器圖標(biāo)，從屏幕上可以看到調(diào)幅波經(jīng)二級(jí)管檢波后波形，圖7所示。«i1.1wn!Lurjw-X3C1X圖7調(diào)幅波經(jīng)二級(jí)管檢波后波形2 .惰性失真波形關(guān)閉仿真開關(guān)，將V2設(shè)置成2V,改變調(diào)制系數(shù)Ma,調(diào)整可變電容器

12、的百分比為90%£右，重啟仿真開關(guān)，就如上面分析的一樣。因?yàn)樵龃罅薈l值，二極管截止期間Cl通過(guò)Rl的放電速度過(guò)慢，檢波器的輸出電壓就不能跟隨包絡(luò)線變化，于是產(chǎn)生了惰性失真。惰性失真波形如圖8所示。圖8惰性失真波形3 .負(fù)峰切割失真波形關(guān)閉仿真開關(guān)，將V2設(shè)置成1V,即進(jìn)一步增大調(diào)制系數(shù)Ma,調(diào)整電位器的百分比為5流右；調(diào)整可變電容器的百分比為30流右；重啟仿真開關(guān)。由于交、直流負(fù)載電阻阻值相差較大，輸出電壓在其負(fù)峰值附近將被削平，所以出現(xiàn)“負(fù)峰切割失真”波形?！柏?fù)峰切割失真”波形如圖9所示。11WHILItjjVW-ESCIX圖9負(fù)峰切割失真波形4、二極管包絡(luò)檢波仿真結(jié)果分析4.1

13、 惰性失真理論上，才波負(fù)載RCl越大,Cl在二極管截止期間放電速度就越慢，則電壓傳輸系數(shù)和高頻濾波能力就越高。但RlCl取值過(guò)大，將會(huì)出現(xiàn)二極管截止期問(wèn)電容Cl對(duì)Rl放電速度太慢，這樣檢波器的輸出電壓就不能跟隨包絡(luò)線變化，于是產(chǎn)生了惰性失真。也就是說(shuō)產(chǎn)生了惰性失真的原因是由于RlCl取值過(guò)大引起的。（加（的圖10（a）為未產(chǎn)生惰性失真（b）為惰性失真圖可見(jiàn)，為了避免產(chǎn)生惰性失真，必須在任何一個(gè)高頻周期內(nèi)，C通過(guò)對(duì)Rl的放電速度大于或等于包絡(luò)的下降速度。不難看出，調(diào)制信號(hào)角頻率建越高，調(diào)幅系數(shù)ma越大，包絡(luò)下降速度就越快，惰性失真就越嚴(yán)重。要克服這種失真，必須減小RC的數(shù)值，使電容器的放電速度加

14、快，因此要求c1-m2RlC<maJ在多頻調(diào)制時(shí)，作為工程估算，上式中ma應(yīng)取最大調(diào)幅系數(shù)，建應(yīng)取最高調(diào)制角頻率，因?yàn)樵谶@種情況下最容易產(chǎn)生惰性失真。下圖是檢波電路T1Ce圖11檢波電路在實(shí)際電路中，檢波電路的輸出端一般需要經(jīng)過(guò)一個(gè)隔直電容C,與下級(jí)電路相連接，如圖11所示。圖中，Rl為下級(jí)（低頻放大級(jí)）的輸入電阻，為了傳送低頻信號(hào)，要求Cc對(duì)低頻信號(hào)阻抗很小，因此它的容量比較大。這樣檢波電路對(duì)于低頻的交流負(fù)載變?yōu)镽L=Rl/R（因1/CC>>R,略去了C的影響）而直流負(fù)載仍為R,且Rl'<R,即說(shuō)明該檢波電路中直流負(fù)載不等于交流負(fù)載，并且交流負(fù)載電阻小于直流負(fù)

15、載電阻。4.2 負(fù)峰失真當(dāng)檢波電路輸入單頻調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)時(shí)，如調(diào)幅系數(shù)ma比較大時(shí)，因檢波電路的直流負(fù)載電阻R與交流負(fù)載電阻RL數(shù)值相差較大，有可能使輸出的低頻%1口+M1c0必）T1T2圖12負(fù)峰切割失真波形電壓uQ在負(fù)峰值附近被削平，把這種失真稱為負(fù)峰切割失真。也就是說(shuō)負(fù)峰切割失真的原因是：檢波器的交、直流負(fù)載電阻不等和調(diào)幅系數(shù)較大引起的。如圖12所示：在T1-T2期間產(chǎn)生了失真，由于這種失真出現(xiàn)在輸出低頻信號(hào)的負(fù)半周，其底部被切割，故稱為負(fù)峰切割失真。為了避免產(chǎn)生負(fù)峰切割失真，必須使輸入調(diào)幅波包絡(luò)的最小值Um(1Ma廣Ur,即：A，在上面的式子中，Ma為多頻調(diào)制時(shí)的最大調(diào)幅系數(shù)。上式表示

16、交直流電阻越接近，不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真所允許的Ma值就越接近于1,或者說(shuō)，當(dāng)Ma一定時(shí)，Rl越大、Rl+R越小，負(fù)峰切割失真就越不容易產(chǎn)生。在實(shí)際電路中，可以采用各種措施來(lái)減小交、直流負(fù)載電阻值的差別。例如，將R分成Rl1和Rl2.并通過(guò)隔離電容將R2并接在R2兩端，如圖7所示。由圖可見(jiàn)，當(dāng)Rl=Rl1+Rl2維持一定時(shí)，Rl越大，交，直流負(fù)載電阻值的差別就越小，但是，輸出音頻電壓也就越小。為了折中的解決這個(gè)矛盾，實(shí)用電路中，常取凡1/Rl2=0.10.2。在電路中Rl2上海并接了電容C2,這是用來(lái)進(jìn)一步濾除高頻分量，提高檢波器的濾波能力。圖13克服負(fù)峰切割失真電路用Multisim10進(jìn)行高頻

17、電路仿真實(shí)驗(yàn)具有很大的優(yōu)點(diǎn)，消除了高頻干擾現(xiàn)象，能達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先在仿真軟件Multisim10電子平臺(tái)上組建仿真電路。從電子仿真軟件Multisim10基本界面元件工具條的“基本元件庫(kù)”中分別調(diào)出檢波二極管”1N4151'、"100nF可變電容、電阻、電容、電位器等元件；再?gòu)碾娮臃抡孳浖﨧ultisim10基本界面元件工條的“信號(hào)源庫(kù)”中分別調(diào)出1kHz、10kHz交流信號(hào)源，5V直流信號(hào)源，乘法器等；最后再?gòu)碾娮臃抡孳浖﨧ultisim10基本界面元件虛擬儀器工具條中調(diào)出“示波器”，將調(diào)出元件和儀器經(jīng)整理組建成仿真電路如圖6所示。5、結(jié)束語(yǔ)文章簡(jiǎn)要敘述了電路的建模

18、，然后利用Multisim工具進(jìn)行仿真，對(duì)電路中的參數(shù)和布局進(jìn)行驗(yàn)證.實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)該驗(yàn)證后的電路工作穩(wěn)定，和仿真結(jié)果基本一致.所以電路仿真在高頻電路分析過(guò)程中是十分必要的，通過(guò)仿真來(lái)模擬真實(shí)系統(tǒng)的行為，可以提高實(shí)際電路設(shè)計(jì)效率，縮短開發(fā)周期.因此，Multisim10是一款非常實(shí)用的仿真軟件，在電路設(shè)計(jì)中有著很重要的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1蔣卓勤.Multisim2001及其在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用M.2005.2從宏壽.Multisim8仿真與應(yīng)用實(shí)例開發(fā)M2007.3王連英.基于Multisim10的電子仿真試驗(yàn)與設(shè)計(jì)M.北京郵電大學(xué)出版社，2004.4聶典.Multisim9計(jì)算機(jī)仿真在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用M.電子工業(yè)出版社，2007.5黃培根.用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)二極管包絡(luò)檢波的仿真實(shí)驗(yàn)J.麗水學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,(05)6陳冬梅，周勝源.Multisim8軟件在通信電子電路課程教學(xué)中的應(yīng)用J.桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,(04)致謝通過(guò)這一階段的努力，終于完成了我的畢業(yè)論文，這將意味著我的大學(xué)生活即將結(jié)束。在