第14講檢波電路

第十四講檢波電路14.1調(diào)幅波解調(diào)方法14.2包絡(luò)檢波器14.3同步檢波檢波電路14.1調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)

14.1.1調(diào)幅解調(diào)的方法振幅解調(diào)方法可分為包絡(luò)檢波和同步檢波兩大類(lèi)。包絡(luò)檢波是指解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法。由于AM信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)成線性關(guān)系,因此包絡(luò)檢波只適用于AM波。檢波電路圖14-1包絡(luò)檢波的原理框圖同步檢波又可以分為乘積型和疊加型兩類(lèi)。它們都需要用恢復(fù)的載波信號(hào)ur進(jìn)行解調(diào)。圖14-2同步檢波器檢波電路圖14-3乘積型同步解調(diào)器頻譜搬移

14.2二極管峰值包絡(luò)檢波器

1．原理電路及工作原理二極管峰值包絡(luò)檢波器由輸入回路、二極管VD和RC低通濾波器組成。在理想情況下,RC網(wǎng)絡(luò)的阻抗Z應(yīng)為檢波電路圖14—4二極管峰值包絡(luò)檢波器(a)原理電路(b)二極管導(dǎo)通(c)二極管截止充電放電圖14-5加入等幅波時(shí)檢波器的工作過(guò)程檢波電路從線性時(shí)變的觀點(diǎn)來(lái)看，二極管也工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，受普通調(diào)幅波控制。g(t)t0檢波電路用傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，基頻為ωc，同時(shí)還有直流分量及各奇次諧波。從這個(gè)過(guò)程可以得出下列幾點(diǎn):(1)檢波過(guò)程就是信號(hào)源通過(guò)二極管給電容充電與電容對(duì)電阻R放電的交替重復(fù)過(guò)程。

(2)由于RC時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于輸入電壓載波周期,放電慢,使得二極管負(fù)極永遠(yuǎn)處于正的較高的電位(因?yàn)檩敵鲭妷航咏诟哳l正弦波的峰值,即Uo≈Um)。

(3)二極管電流iD包含平均分量(此種情況為直流分量)Iav及高頻分量。檢波電路檢波電路圖14-6輸入為AM信號(hào)時(shí)檢波器的輸出波形圖

2．性能分析

1)傳輸系數(shù)Kd

檢波器傳輸系數(shù)Kd或稱(chēng)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。其值恒小于1。若輸入載波電壓振幅為Um,輸出直流電壓為Uo,則Kd定義為檢波電路

2)輸入電阻Ri

檢波器的輸入阻抗包括輸入電阻Ri及輸入電容Ci。輸入電阻是輸入載波電壓的振幅Um與檢波器電流的基頻分量振幅I1之比值,即

輸入電阻是前級(jí)的負(fù)載,它直接并入輸入回路,影響著回路的有效Q值及回路阻抗。檢波電路圖14-8檢波器的輸入阻抗

在傳輸過(guò)程中，能量守恒。檢波器從輸入信號(hào)源獲得的高頻能量中，有一部分消耗在二極管的正向?qū)娮枭希溆嗖糠洲D(zhuǎn)換為有用的輸出平均功率。由于二極管導(dǎo)通時(shí)間很短，消耗的功率可以忽略不計(jì)，當(dāng)傳輸系數(shù)約為1時(shí)，有：檢波電路

3．檢波器的失真

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(shí)常數(shù)。圖14-9惰性失真的波形

檢波電路為了避免產(chǎn)生惰性失真,必須在任何一個(gè)高頻周期內(nèi),使電容C通過(guò)R放電的速度大于或等于包絡(luò)的下降速度,即

如果輸入信號(hào)為單音調(diào)制的AM波,在t1時(shí)刻其包絡(luò)的變化速度為檢波電路uC=Um(1+mcosΩt)二極管停止導(dǎo)通的瞬間,電容兩端電壓uC近似為輸入電壓包絡(luò)值,即uC=Um(1+mcosΩt)。從t1時(shí)刻開(kāi)始通過(guò)R放電的速度為檢波電路為避免產(chǎn)生惰性失真,必須保證A值最大時(shí),仍有Amax≤1。故令dA／dt1=0,得檢波電路

2)底部切削失真底部切削失真又稱(chēng)為負(fù)峰切削失真。這種失真是因檢波器的交直流負(fù)載不同引起的。

檢波電路圖14-10底部切削失真

調(diào)幅波的最小幅度為UC(1-m),要避免底部切削失真,應(yīng)滿足

4．實(shí)際電路及元件選擇根據(jù)上面諸問(wèn)題的分析,檢波器設(shè)計(jì)及元件參數(shù)選擇的原則如下:

檢波電路14.3同步檢波1．乘積型輸入為DSB信號(hào),即us=UscosΩtcosωct,本地恢復(fù)載波ur=Urcos(ωrt+φ),這兩個(gè)信號(hào)相乘檢波電路由上式可以看出,當(dāng)恢復(fù)載波與發(fā)射載波同頻同相時(shí),即ωr=ωc,φ=0,則

uo=UocosΩt

無(wú)失真地將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。若恢復(fù)載波與發(fā)射載頻有一定的頻差,即ωr=ωc+Δωc

uo=UocosΔωctcosΩt

引起振幅失真。若有一定的相差,則

uo=UocosφcosΩt檢波電路

2.疊加型疊加型同步檢波是將DSB或SSB信號(hào)插入恢復(fù)載波,使之成為或近似為AM信號(hào),再利用包絡(luò)檢波器將調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。對(duì)DSB信號(hào)而言,只要加入的恢復(fù)載波電壓在數(shù)值上滿足一定的關(guān)系,就可得到一個(gè)不失真的AM波。檢波電路設(shè)單頻調(diào)制的單邊帶信號(hào)(上邊帶)

us=Uscos(ωc+Ω)t

=UscosΩtcosωct-UssinΩtsinωct檢波電路恢復(fù)載波

ur=Urcosωrt=Urcosωctus+ur=(UscosΩt+Ur)cosωct-UssinΩtsinωct