包絡檢波器的設計實現(xiàn)分析

./WORD格式整理版目錄前言11設計目的及原理21.1設計目的和要求21.1設計原理22包絡檢波器指標參數(shù)的計算62.1電壓傳輸系數(shù)的計算62.2參數(shù)的選擇設置63包絡檢波器電路的仿真93.1Multisim的簡單介紹103.2包絡檢波電路的仿真原理圖及實現(xiàn)104總結135參考文獻14.WORD格式整理版前言調(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。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)幅波解調(diào)方法有二極管包絡檢波器、同步檢波器。目前應用最廣的是二極管包絡檢波器,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,對普通調(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。為了生動直觀的分析檢波電路,利用最新電子仿真軟件Multisim11.0進行二極管包絡檢波虛擬實驗。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程教學質(zhì)量的目的。1設計目的及原理1.1設計目的和要求通過課程設計,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?qū)嶋H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。要求：掌握串、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,實際電路設計及仿真。設計要求及主要指標：用檢波二極管設計一AM信號包絡檢波器,并且能夠?qū)崿F(xiàn)以下指標。輸入AM信號：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6V。1.2設計原理調(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?是大多數(shù)設備發(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,所以本課題設計需要運用放大電路。本次實驗采用二極管包絡檢波以及運算放大電路。在確定電路后。利用EAD軟件Multisim進行仿真來驗證假設結果。總設計框圖如1-1：輸出信號運放電路二極管包絡檢波器非線性器件輸出信號運放電路二極管包絡檢波器非線性器件輸入信號 →→ →→圖1-1總設計框圖二極管包絡檢波器的工作原理：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。這時二極管是否導通,由電容C上的電壓Vc和輸入電壓Vi共同決定。當高頻信號的瞬時值小于Vc時,二極管處于反向偏置,處于截止狀態(tài)。電容就會通過負載電阻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。當電容上的電壓下降不多時,調(diào)頻信號第二個正半周期的電壓又超過二極管上的負壓,使二極管導通。如圖1-3中t1到t2的時間為二極管導通〔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1-3中t2至t3時間為二極管截止〔如圖1-5的時間,在此時間內(nèi)電容又通過負載R放電。這樣不斷地反復循環(huán)。所以,只要充電很快,即充電時間常數(shù)RdC很小〔Rd為二極管導通時的內(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姇r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)幅波包絡基本一致,而高頻調(diào)幅波的包絡又與原調(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-圖1-5二極管截止圖1-4二極管導通圖1-6根據(jù)上述二極管包絡檢波的工作原理可設計出符合本次課程設計"包絡檢波器的設計與實現(xiàn)"的檢波器,其原理電路圖如圖1-7所示。圖1-7包絡檢波器電路圖2包絡檢波器指標參數(shù)的計算2.1電壓傳輸系數(shù)的計算等幅載頻：Kd=AM波：Kd=φ僅于RD2R有關,與包絡無關。Kd為常數(shù),理想：R>>RD,φ→0,Kd=1理想：R>>RD,φ→0,Kd=12.2參數(shù)的選擇設置①vs較小時,工作于非線性區(qū)；②R較小時,RD的非線性作用↑。解決：R足夠大時,RD的非線性作用↓,R的直流電壓負反饋作用↑。但R<RC>過大時,將產(chǎn)生：<a>惰性失真<τ放跟不上vs的變化>；<b>負峰切割失真<交流負載變化引起>。<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包絡在A點的下降速率≤C的放電速率。即：=RC<b>負峰切割失真<交流負載的影響及m的選擇>圖2-2Cc為耦合電容<很大>直流負載為：R交流負載為：R交=<RRL>/<R+RL>∵Cc很大,在一個周期內(nèi),Vc<不變>≈Vs<Kd≈1時>∴VR=VAB=Vc[R/<R+RL>]由圖：臨界不失真條件：Vsmin=Vc-mVs≈Vs-mVs=Vs<1-m>m較大時,若VR>Vsmin,則產(chǎn)生失真。則要求：=RC例：m=0.3,R=4.7kΩ時,要求：RL≥2kΩ；m=0.8,R=4.7kΩ時,要求：RL≥4.7kΩ；即：m較大時,要求負載阻抗RL較大<負載較輕>。負峰切割失真的改進：圖2-3檢波器的改進電路R直=R1+R2R交=R1+<R2RL>/<R2+RL>=R1+R交'即：R1足夠大時,R交'的影響減小,不易負峰切割失真。但R1過大時,VΩ的幅度下降,一般取R1/R2=0.1~0.2<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檢波,為直接耦合方式,不存在Cc。3包絡檢波器電路的仿真3.1Multisim的簡單介紹Multisim是InterctiveImageTechnologies公司推出的一個專門用于電子電路仿真和設計的軟件,目前在電路分析、仿真與設計等應用中較為廣泛。該軟件以圖形界面為主,采用菜單欄、工具欄和熱鍵相結合的方式,具有一般應用軟件的界面風格,用戶可以根據(jù)自己的習慣和熟練程度自如使用。尤其是多種可放置到設計電路中的虛擬儀表,使電路的仿真分析操作更符合工程技術人員的工作習慣。3.2包絡檢波電路的仿真原理圖及實現(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關A、C閉合,打開仿真按鈕,此時二極管包絡檢波后的波形,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B、C閉合,打開仿真按鈕,此時二極管包絡檢波后的波形,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A、D閉合,再將滑動變阻器旋鈕移到100%,即使所接電阻為最大。打開仿真按鈕,觀察示波器,可得到二極管包絡檢波后的波形,如下圖：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切割失真結論：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。4總結這次的設計,給自己的印象很深刻。通過本次實驗的課題設計,對本課題有了一定的了解。但是,在對該課題有一定了解的前提下,也發(fā)現(xiàn)了很多問題,當然,都是自身的不足。認識到理論與實踐之間的差距,聯(lián)系實際的應用去理解知識比一大堆理論來的直接與清晰明了。在設計中難免會遇到很多學習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,在設計開始并沒有想過會存在那樣多的問題,當著手時才發(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。當然,在設計中也遇到很多學習上的問題,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,確實是一個很糾結的問題。不過,我相信,通過自己的努力,不會讓自己失望的。5參考文獻[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,2007[2]張肅文等.高頻電子線路[M]<第四版>.北京：高等教育出版社,2004[3]路而紅等.虛擬電子實驗室[M].