包络检波器的设计与实现

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目录

前言1

1 设计目的及原理2

1.1设计目的和要求2

1.1设计原理2

2包络检波器指标参数的计算6

2.1电压传输系数的计算6

2.2参数的选择设置6

3包络检波器电路的仿真9

3.1 Multisim的简单介绍10

3.2 包络检波电路的仿真原理图及实现10

4总结13

5参考文献14

前言

调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。对调幅波来说是从它的振幅变化提取调制信号的过程；对调频波，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波，是从它的相位变化提取调制信号的过程。

工程实际中，有一类信号叫做调幅波信号，这是一种用低频信号控制高频信号幅度的特殊信号。为了把低频信号取出来，需要专门的电路，叫做检波电路。使用二极管可以组成最简单的调幅波检波电路。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是，对普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络。

为了生动直观的分析检波电路，利用最新电子仿真软件Multisim11.0进行二极管包络检波虚拟实验。Multisim具有组建电路快捷、波形生动直观、实验效果理想等优点。计算机虚拟仿真作为高频电子线路实验的辅助手段，是一种很好的选择，可以加深学生对一些抽象枯燥理论的理解，从而达到提高高频电子线路课程教学质量的目的。

1设计目的及原理

1.1 设计目的和要求

通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。

要求：掌握串、并联谐振回路及耦合回路、高频小信号调谐放大器、高频功率放大器、混频器、幅度调制与解调、角度调制与解调的基本原理，实际电路设计及仿真。

设计要求及主要指标：用检波二极管设计一AM信号包络检波器，并且能够实现以下指标。

●输入AM信号：载波频率200kHz正弦波。

●调制信号：1KHz正弦波，幅度为2V，调制度为40%。

●输出信号：无明显失真，幅度大于6V。

1.2 设计原理

调幅调制和解调在理论上包括了信号处理，模拟电子，高频电子和通信原理等知识，涉及比较广泛。包括了各种不同信息传输的最基本的原理，是大多数设备发射与接收的基本部分。因为本次课题要求调制信号幅度大于1V，而输出信号大于5Ｖ，所以本课题设计需要运用放大电路。本次实验采用二极管包络检波以及运算放大电路。在确定电路后。利用EAD软件Multisim进行仿真来验证假设结果。

总设计框图如1-1：

→→→→

图1-1总设计框图

二极管包络检波器的工作原理：

检波原理电路图如图1-2

图 1-2检波原理电路图

检波的物理过程如下：

在高频信号电压的正半周期，二极管正向导通并对电容C充电，由于二极管正向导通电阻很小，所以充电电流I很大，是电容的电压Vc很快就接近高频电压峰值，充电电流方向如下图1-3所示：

图1-3

这个电压建立后，通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。这时输入信号非线性器件二极管包络检波器运放电路输出信号

二极管是否导通，由电容C 上的电压Vc 和输入电压Vi 共同决定。当高频信号的瞬时值小于Vc 时，二极管处于反向偏置，处于截止状态。电容就会通过负载电阻R 放电。由于放电时间常数RC 远大于调频电压周期，故放电很慢。

当电容上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周期的电压又超过二极管上的负压，使二极管导通。如图1-3中t1到t2的时间为二极管导通（如图1-4）的时间，在此时间内又对电容充电，电容的电压又迅速接近第二个高频的最大量。如图1-3中t2至t3时间为二极管截止（如图1-5）的时间，在此时间内电容又通过负载R 放电。这样不断地反复循环。所以，只要充电很快，即充电时间常数RdC 很小（Rd 为二极管导通时的内阻）而放电时间很慢即放电时间常数RC 很大，就能使传输系数接近1。

另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频周期，所以输出电压Vc 的起伏很小，可看成与高频调幅波包络基本一致，而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压Vc 就是原来的调制信号，达到解调得目的。

图1-4 二极管导通

图1-5 二极管截止

图1-6

根据上述二极管包络检波的工作原理可设计出符合本次课程设计“包络检波器的设计与实现”的检波器，其原理电路图如图1-7所示。

图1-7 包络检波器电路图

2 包络检波器指标参数的计算

2.1电压传输系数的计算

等幅载频：K d=

cos

cos Vo Vs

Vs Vs

ϕ

==ϕ

AM波：K d=

cos

cos V mVs

mVs Vs

Ωϕ

==ϕ

φ仅于RD2R有关，与包络无关。

Kd为常数，

理想：R>>R D，φ→0，K d=1

理想：R>>R D，φ→0，K d=1

2.2参数的选择设置

①v s较小时，工作于非线性区；

②R较小时，R D的非线性作用↑。

解决：R足够大时，R D的非线性作用↓，R的直流电压负反馈作用↑。但R(RC)过大时，将产生：

(a)惰性失真(τ放跟不上v s的变化)；

(b)负峰切割失真(交流负载变化引起)。

(a)惰性失真(如图)

图2-1

由图可见，不产生惰性失真的条件：

v s包络在A点的下降速率≤C的放电速率。

即：

τ=RC≤

2

max max max 1+m

mΩ

(b)负峰切割失真(交流负载的影响及m的选择)