檢波器設計(完整版)概要

1、職業(yè)技術學院學生課程設計報告課程名稱：高頻電路課程設計專業(yè)班級：信工102姓名：學號：20110311202學期：大三第一學期目錄1課程設計題目2課程設計目的3課程設計題目描述和要求4課程設計報告內容4.1 二極管包絡檢波電路的設計4.2 同步檢波器的設計5 結論6 結束語7 參考書目8 附錄摘要振幅調制信號的解調過程稱為檢波。有載波振幅調制信號的包絡直接反映調制信號的變化規(guī)律，可以用二極管包絡檢波的方法進行檢波。而抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調制信號的包絡不能直接反映調制信號的變換規(guī)律，無法用包絡檢波進行解調，所以要采用同步檢波方法。同步檢波器主要是用于對DSB和SSB信號進行解調(當然也可

2、以用于AM)。它的特點是必須加一個與載波同頻同相的恢復載波信號。外加載波信號電壓加入同步檢波器的方法有兩種。利用模擬乘法器的相乘原理，實現(xiàn)同步檢波是很簡單的，利用抑制載波的雙邊帶信號V(t),和輸入的同步s信號(即載波信號)V(t),經過乘法器相乘，可得輸出信號，實現(xiàn)了雙c邊帶信號解調課程設計作為高頻電子線路課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進一步理解課程內容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設計和調試的方法，增加集成電路應用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。另一方面也可使我們更好地鞏固和加深對基礎知識的理解，學會設計中小型高頻電子線路的方法，獨立完成調試過程，增強我們理論聯(lián)系實際

3、的能力，提高電路分析和設計能力。通過實踐引導我們在理論指導下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學習和日后工程實踐奠定基礎。通過設計，一方面可以加深我們的理論知識，另一方面也可以提高我們考慮問題的全面性，將理論知識上升到一個實踐的階段。課程設計題目:AM解調器設計二、課程設計目的：通過課程設計，使學生加強對高頻電子技術電路的理解，學會查尋資料、方案比較，以及設計計算等環(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，真正實現(xiàn)由課本知識向實際能力的轉化；通過典型電路的設計與制作，加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。三、課程設計題目描

4、述和要求輸入AM信號，其載波頻率為15MHz,調制信號為lKHz正弦波；已調波幅度為幅度IV,調制度為60%；要求設計AM解調器，具體要求如下：1) 用檢波二極管2AP12設計AM信號包絡檢波器，完成給定輸入信號參數(shù)下的濾波器的計算；完成惰性失真和負峰切割失真條件產生的元件參數(shù)分析；2) AM信號同步檢波器(1)用模擬乘法器MC1496設計一AM信號同步檢波器；(2)采用PLL完成參考信號的獲取。四、課程設計報告內容4.1二極管包絡檢波設計4.1.1 工作原理信號包絡檢波是高頻輸入信號的振幅大于0.5伏時，利用二極管對電容c充電，加反向電壓時截止，電容c上電壓對電阻R放電這一特性實現(xiàn)的。分析時

5、采用折線法1包絡檢波電路及工作原理圖41(a)是二極管峰值包絡檢波器的原理電路。它是由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。-«R-»R(6-1)式中,®c為輸入信號的載頻,在超外差接收機中則為中頻為調制頻率。在理想情況下,RC網(wǎng)絡的阻抗Z應為Z血)=0=(6-2)VD血伍.com圖41二極管峰值包絡檢波器（a）原理電路（b）二極管導通（c）二極管截止圖42加入等幅波時檢波器的工作過程從這個過程可以得出下列幾點:（1）檢波過程就是信號源通過二極管給電容充電與電容對電阻R放電的過程。（2）由于RC時常數(shù)遠大于輸入電壓載波周期,放電慢,使得二極管負極永遠處于正的較

6、高的電位（因為輸出電壓接近于高頻正弦波的峰值，即UoUm）。（3）二極管電流iD包含平均分量（此種情況為直流分量）lav及高頻分量。圖43檢波器穩(wěn)態(tài)時的電流電壓波形(b)u>u>u,.(fzdC圖44輸入為AM信號時檢波器的輸出波形圖Ag圖46包絡檢波器的輸出電路4.1.2 檢波失真檢波器輸出電壓波形與輸入信號包絡之間，最好有時間上的延遲或幅度上的線形比例變化，而不能出現(xiàn)非線性或線性失真。但是，但一些條件無法滿足時，就會有一下是真1）惰性失真在二極管截止期間，電容C兩端電壓下降的速度取決于RC的時常數(shù)。1m2必須滿足RC<-，mQamax圖49惰性失真的波形2）底部切削失真底

7、部切削失真產生的原因是因為交直流負載不一致，要避免底部切削失真應滿足：RRm<g=aR+RRguWti;dzd(圖610底部切削失真4.13元器件參數(shù)計算：（1）由于電路屬于峰值包絡檢波器，所以一般選用正向電阻小、反向電阻大，結電容小而開關速度較快的2AP12。（2）RC時間常數(shù)應同時滿足無惰性失真和頻率失真條件：電容C1=C2=C應該對載頻及其諧波分量近似短路（旁路作用），故應該RC>>滄，通常取RC'豁（經驗公式）.i11m2將已知條件代入避免惰性失真條件RC<可得amQamax（3.336.67）x10-5<RC<1.33x10-3應該滿足無底

8、部切削失真條件R設輸出電阻，R二1Ok0，一二0.2，R2則R1=£，R=竺。為避免底部切61削失真，應該有m<aR+Rg二R+R/R。代入條件2L可得R<llkO，因為檢波器的輸入電阻R不應太小,.而R.=I，所以R不能太小，取R二3kG，另取C=0.2uF,這樣RC=6x10-4,滿足上一步對時間常數(shù)的要求。因此R二O.5k0，R二2.5k0。12Cc取值應使低頻信號有效到負載電阻R上，即滿足Cc>>L1RQLminCc=47uF。圖4.1.10二極管包絡檢波原理圖C2；DJ1pFIt-47pFC10.Q1UF2A15MHZIKrtZ4.2 同步檢波設計4

9、.2.1設計原理在模擬乘法器MC1496的一個輸入端輸入振幅調制信號如抑制載波的雙邊帶信號UC)=Ucoswtcosat,另一輸入端輸入同步信號(即載波信號)SsmcUC)二Ucoswt，經乘法器相乘，由式(7-9)可得輸出信號U0(t)為ccmc0UC)=KU(t(t)oEsc二1KUUcosat+1KUcos(2w+0+1KUUGw-a2Esmcm4Esmc4Esmcmc4.2.1)(條件：U二U<26mV，U=U為大信號)xCyS上式中，第一項是所需要的低頻調制信號分量，后兩項為高頻分量，可用低通濾波器濾掉，從而實現(xiàn)雙邊帶信號的解調。若輸入信號UC)為單邊帶振幅調制信號，即，SU(

10、t)=1KUUcos(2w+a)tcoswto2EsmcmcC=1KUcosat+1KUU(2w+a4Esm4Esmcmc上式中，第一項是所需要的低頻調制信號分量被低通濾波器濾掉。如果輸入信號UC)為有載波振幅調制信號，同步信號為載波信號UC),利S用乘法器的相乘原理，同樣也能實現(xiàn)解調。設U(t)=U(1+mcosat)cosw(t)，u(t)=ucosw(t)ssmcccmc則乘法器的輸UC)為:04.2.2)smsm第二項為高頻分量，也可以則輸出電壓u0(t)為u(t)=Ku(t)u(t)0Esc=Kuu+丄Kmucosat+Kuucos2wt2Esmcm2Ecm2Esmcmc+丄Kmuu

11、cos(2wc+a)t4Esmcm+Kmuucos(2wc-a)t4Esmcmsmsm4.2.3)sm上式中，第一項為直流分量，第二項是所需要的低頻調制信號分量，后面三項為高頻分量，利用隔直電容及低通濾波器可濾掉直流分量及高頻分量，從而實現(xiàn)了有載波振幅調制信號的解調。同步檢波電路與包絡檢波不同,檢波時需要同時加入與載波信號同頻同相的同步信號。利用乘法器可以實現(xiàn)調幅波的乘積檢波功能,普通調幅電壓乘積器的原理框圖如圖2.1所示。圖4.2.1普通調幅電壓乘積器原理框圖圖4.2.1中，設輸入信號U(t)為普通調幅信號：AMU=U(1+mcost)cost(4.2.1)AMXMayx限幅器輸出為等幅載波

12、信號，乘法器將兩輸入信號進行相乘后輸出信號為：v(t)=Kv(t)v(t)(4.2.2)oEsc再通過低通濾波器作為乘法器的負載，將所有高頻分量去除，并用足夠大的電容器隔斷直流分量，就可以得到反映調制規(guī)律的低頻電壓。4.2.2同步檢波器原理這種方法是將外加載波信號電壓與接收信號在檢波器中相乘，再經過低通濾波器，最后檢出原調制信號，如圖4.2.2所示。Ul®底通濾波器一UoJl也ll匚圖4.2.2乘積型同步檢波器設輸入的已調波為載波分量被抑制的DSB信號u1為：u=Ucos0tcoswt(4.2.3)11本地載波電壓：u二Ucos(t+Q)(4.2.4)ccc上兩式中，w=w，即本地載

13、波的角頻率等于輸入信號的角頻率，它們的c1相位不一定相同u=UUcos0tcostcos+Q)(4.2.5)21C11低通濾波器濾除2wi附近的頻率分量后，得到頻率為。的低頻信號：u=UUcos申cosQt(4.2.6)o21C由上式可見，低頻信號的cosV2成正比。當9=0時，低頻信號電壓最大，隨著相位差變大，輸出電壓變小。所以我們不但要求本地載波與輸出信號載波的角頻率必須相等。4.2.3元器件選擇根據(jù)上述對比，采用乘積型同步檢波器。此電路中最關鍵的電子元件是乘法器，這里我們選擇的是集成模擬乘法器，集成模擬乘法器是完成兩個模擬信號(電流或電壓)相乘的電子器件。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比

14、采用分立器件要簡單的多，而且性能優(yōu)越。從價格和性能的角度我們選擇MC1496芯片實現(xiàn)模擬乘法器功能。MC1496是爽平衡四象限模擬乘法器，VT1、VT2與VT3、VT4組成雙差分對放大器。其內部結構如圖3.1所示。圖3.1MC1496的內部電路及引腳圖4.2.4靜態(tài)工作點設置MC1496可以采用單電源供電，也可以采用雙電源供電。器件的靜態(tài)工作點由外接元件確定。a、靜態(tài)偏置電壓的確定靜態(tài)偏置電壓的設置應保證各個晶體管工作在放大狀態(tài)，即晶體管的集基極間的電壓應大于或等于2V,小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，應用時，靜態(tài)偏置電壓(輸入電壓為0時)應滿足下列關系，即u=u,u=

15、u,u=u(427)8101461215V>(u,u)一(u,u)>2V61281015V>(u,u)一(u,u)>2.7V>(4.2.8)8101415V>(u,u)-u>2.7V145b、靜態(tài)偏置電壓的確定一般情況下，晶體管的基極電流很小，對于圖7-1(a),三對差分放大器的基極電流I、I、I和I可以忽略不記，因此器件的靜態(tài)偏置電流主要由恒流81014源I的值確定。當器件為單電源工作時，引腳14接地，5腳通過一電阻R接正05電源(+U的典型值為+12V)，由于I是I的鏡像電流，所以改變電阻R可以調CC055節(jié)I的大小，即0P=2I(V-V)+I(V

16、-V)(4.2.9)D56145514根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流應小于4mA，一般I=1=1mA。器件的總o5散耗功率可以由下式估算出P應小于器件的最大散耗功率為33mW。D4.2.5同步檢波電路根據(jù)公式4.2.3可知，要實現(xiàn)同步檢波需將與高頻載波同頻的同步信號與已調信號相乘，實現(xiàn)同步解調。經過低通濾波器濾除2®附近的頻率分量后，得到頻率為Q的低頻信號：u=UUcos申cosQt(4.2.9)o2c同步檢波亦采用模擬乘法器MC1496將同步信號與已調信號相乘，其電路圖如圖下所示。v端輸入同步信號或載波信號v，v端輸入已調波信號v，輸出端xcys接有電阻R、C組成的低通

17、濾波器和luF的隔直電容，所以該電路對有載波調幅116信號及抑制載波的調幅信號均可實現(xiàn)解調，但要合理的選擇低通濾波器的截止頻率。圖4.2.4-解調后波形4.2.6電路圖R1RW佃嚴3T1GHS2(5t.t»51|il=>R2U-TO51|iFR.(MM1uF2H2222R£皿_IDkQR9ikQR15VA2kQtvR71U1nu1iuKl刑V4_V3MV：».3VlW6ijtso.血nR12伽4O.IijF-HOR13VCC3.0kQN222222L.iOSQTR55-1Q五、結論二極管包絡檢波的結構簡單，造價便宜，主要是進行AM波的解調；同步檢波的結構較復

18、雜，主要進行DSB解調六、結束語本次課程設計選取的是書本上現(xiàn)成的電路原理圖，在設計方面相對而言比較容易，但是在制作仿真過成和做設計報告的過程中確實遇到了很多的問題，而這些問題正是我們今后學習工作的重點問題或者說是應該是必須掌握的技能。首先，設計思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經成功了一半。因此我們應該在設計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅韌的毅力。設計過程中，我深刻的體會到在設計過程中，需要反復實踐，其過程很可能

19、相當煩瑣，有時花很長時間設計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。分析問題的原因以及可能出現(xiàn)問題的地方，在此期間是考驗我們學習能力的最關鍵的時刻，同時也是獲取經驗的最好的途徑。這位今后的工作奠定了堅實的基礎，也是此次課程設計的獲益最多的環(huán)節(jié)。其次，設計報告的書寫也是此次課程設計的一個重要環(huán)節(jié)?？梢哉f設計的好壞都取決于設計報告的好壞。書寫報告是對word運用的一大考驗，以前很多東西，比方說繪制表格以及很多特殊符號，畫圖都是很陌生的問題。經過了此次報告的書寫基本上熟悉了這些操作，辦公軟件應用整體上有了提高?？傮w來說，這次實習我受益匪淺。在摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣