同步检波器的设计与调试

引言

课程设计作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。

另一方面也可使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型高频电子线路的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。

通过设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶段。

1 设计任务描述

1.1 设计题目：同步检波器的设计与调试

1.2 设计要求

1.2.1 设计目的

(1) 深入理解同步检波器的工作原理，熟悉电路的构成和各元件的作用；

(2)掌握同步检波器的设计方法及参数计算；

(3)学会同步检波器的调试；

1.2.2 基本要求

(1)设计同步检波器；

(2)研究电路的设计方法，完成电路参数计算；

(3) 进行电路调试。

2 设计思路

2.1 功能分析及方案对比

2.1.1 同步检波器功能分析

根据高频电子线路理论分析,双边带信号DSB,就是抑制了载波后的调制信号,它的有用信号成分以边带形式对称地分布在被抑制载波的两侧。由于有用信号所在的双边带调制信号的上、下边频功率之和只有载波功率的一半,即它只占整个调幅波功率1/3，实际运用中,调制度 a m 在0.1～1之间变化,其平均值仅为0.3,所以边频所占整个调幅波的功率还要小。为了节省发射功率和提高有限频带资源的利用率,一般采用传送抑制载波的单边带调制信号SSB,单边带调制信号已经包含了所有有用信号成分,电视信号采用残留单边带发送图像的调幅信号就是其中一例。而要实现对抑制载波的双边带调制信号DSB 或单边带调制信号SSB 进行解调,检出我们所需要的调制有用信号,不能用普通的二极管包络检波电路,而需要用同步检波电路。

同步检波电路与包络检波不同,检波时需要同时加入与载波信号同频同相的同步信号。利用乘法器可以实现调幅波的乘积检波功能,普通调幅电压乘积器的原理框图如图2.1所示。

图2.1 普通调幅电压乘积器原理框图

图2.1中,设输入信号)(t U AM 为普通调幅信号:

t t m U U x y a XM AM ωωcos )cos 1(+= （2.1） 限幅器输出为等幅载波信号 ,乘法器将两输入信号进行相乘后输出信号为: )()()(t v t v K t v c s E o =

t

V V K t V V K C cm sm E cm sm E )2cos(4

1

cos 21Ω++Ω=ωt

V V K c cm sm E )2cos(4

1

Ω-+ω

（条件：s y c x v v mA V V =<=,28为大信号） （2.2）

再通过低通滤波器作为乘法器的负载,将所有高频分量去除,并用足够大的电容器隔断直流分量,就可以得到反映调制规律的低频电压。

2.1.2 设计方案对比 根据功能分析，可知同步检波必须外加一个与载波同频同相的恢复载波信号。外加载波信号电压加入同步检波器有两种方法：乘积型和叠加型。

方案一 乘积型同步检波器

这种方法是将外加载波信号电压与接收信号在检波器中相乘，再经过低通滤波器，最后检出原调制信号，如图2.2所示。

图2.2乘积型同步检波器

设输入的已调波为载波分量被抑制的DSB 信号u 1为：t t U u ωcos cos 11Ω= （2.3）

本地载波电压：)cos(ϕω+=t U u c c c

（2.4） 上两式中，1ωω=c ，即本地载波的角频率等于输入信号的角频率，它们的相位不一定 相同)cos(cos cos 1112ϕωω+Ω=t t U U u C （2.5）

低通滤波器滤除21ω附近的频率分量后，得到频率为Ω的低频信号：

t U U u C o Ω=cos cos 2

1

1ϕ （2.6）

由上式可见，低频信号的ϕcos 成正比。当ϕ=0时，低频信号电压最大，随着相位差变大，输出电压变小。所以我们不但要求本地载波与输出信号载波的角频率必须相等。可以采用平衡或环形调节器来做同步检波器，如图2.3所示；也可以用模拟乘法器，如图4.1所示。

图2.3 二极管环形同步检波器

方案二叠加型同步检波器

叠加型是将外加载波信号与接收信号相加，经过包络检波器取出原调制信号，原理框图如图2.4所示。

图2.4 叠加型同步检波器原理图

设u

1为单边带信号U

1

cos（w

1

+Ω）t，u

c

为本振电压U

c

cosw

1

t。则合成的输出信号为：

u 2=u

2

+u

c

t

t

U

t

U

t

t

U

u

c

Ω

-

+

Ω

=sin

sin

cos

cos

cos

1

1

1

1

1

2

ω

ω

ω（2.7）由此可见，合成信号的包络U m和相角θ都受到调制信号的控制，所以包络检波器构成

的同步检波器检出的调制信号会有失真，这样会有很大的干扰。输出信号也会产生起伏性衰减，从而影响解调质量。