检波器电路设计

检波器电路设计

一、设计目的

1、理解二极管的操作原理

2、理解二极管检波器的基本原理和基本工作

原理

二、设计要求

1、设计二极管检波电路。

2、对二极管检波电路的特性进行仿真

3、设计报告应该包括二极管检波的基本工作原理以及仿真分析。

三、基本原理

1、二极管的工作原理

从根本上来说，二极管是个非线性的直流的电压电流的阻抗，用公式可看出其特性：

当q：电荷

k：玻耳兹曼常数（）T：绝

对温度

n：理想因数

理想因数n和二极管的结构有关，值为1～2。使用于肖特基势垒二极管的n值大约为1.2。

图8.1 二极管等价模型

将二极管的电压值代入到公式8.2中：

这里，：直流偏压：交流小信号电压

可以将公式8.1在0V点进行泰勒级数展开：

这里，显示为直流偏流

从0V的第一个和第二个派生得出公式8－4和8－5：

这里，二极管的合阻抗，二极管的动态电导率

因此，公式8－3和公式8－6可以用直流偏流I和交流偏压i的和来表示：

当只使用公式8－6的前三项来替代称为小信号近似，对于大多数的检波器来说这是比较适宜的解决方式。

2、二极管的检波原理

用二极管的非线性原理可以检测振幅已调的载波。在这种情况下，二极管的电压表现为：

这里，已调信号频率，载波频率

调频指数

交流电的二极管电流值为：

用公式8－8替代8－7，二极管的输出电流值为：

使用低通滤波器，从非必需的频率成分中只提取需要的输出频率成分mω是可能的。电流频率mω为

，这与输入电流的功率成比例。这种平方关系对于二极管检波器来说是普遍出现的情况，

但只存在于对输入功率的范围进行限制时。如果输入功率太高的话，小信号的情况将不会出现，输出将达到饱和状态。

四、设计过程

1、检波器设计说明

Frequencey Range 2.45GHz

S11 -10 dB

2、检波器等效电路

3、原理图的绘制

打开ADS软件如图

选择file-new-workplace如图：

弹出如图所示对话框：

在workspace name一栏中输入工作组的名字，一直点击next直到出现下图所示的对话框：

点击finish，新建一个工作组如图：

选择file-new-schematic如图：弹出如图所示对话框：

点击OK，新建一个原理图如下图：

按照等效电路图从元件库中找到所需要的元件。双击元件，弹出如图所示对话框，设置其参数：

在工具栏找到按钮，单击按钮，鼠标指针变为如图所示十字，按照等效电路图，把元件的一个端点它所对应的另一个元件的端点连接起来，如图。

接线完毕，完成原理图的绘制，如下图：

四、对原理图的仿真：

1、直流仿真：直流仿真是所有仿真的基础，它可执行电路的拓扑检查以及直流工作点扫描和分析。

选择simulate-simulation setup如图：

弹出如下对话框：

点击simulate，弹出如下对话框：

点击next，弹出如下对话框：

选中DC，点击finish，弹出如下：

在空白区域单击左键，如下:

点击close，把电源和原理图的输入端相连，电阻和原理图的输出端相连，如下：

点击simulate-simulate，如下：

选择simulate，得到其直流仿真图如下：

2、交流仿真,交流仿真能获取小信号传输参数，如电压增益，电流增益，线性噪声电压，电流。在设计无源电路和小信号有源电路如LNA时，此仿真器十分有用。

交流仿真过程和直流仿真相似，只是在仿真类型选择的环节，选择AC，如下：

3、S-parameterSimulation

微波器件在小信号时，被认为工作在线性状态，是一个线性网络;在大信号工作时，被认为工作在非线性状态，是一个非线性网络。通常采用S参数分析线性网络，谐波平衡法分析非线性网络。

S参数是入射波和反射波建立的一组线性关系，在微波电路中通常用来分析和描述网络的输入特性。S参数中的S11，和S22反映了输入输出端的驻波特性，S21反映了电路的幅频和相频特性以及群时延特性，S12反映电路的隔离性能。

S-parameterSimulation仿真时将电路视为一个四端口网络，在工作点上将电路线性化，执行线性小信号分析，通过其特定的算法，分析出各种参数值，因此S-parameterSimulation可以分析线性S-parameter，线性噪声参数，传输阻抗（Zij）以及传输导纳（Yij）。

前期过程和DC相似，在选择仿真类型时，选择

S-parameterSimulation，如下：单击finish，结果如下：

在各个端口前点击左键，如下：

用线把两个对应的端口连接起来，如下：

点击simulate-simulate，如下：

选择simulate，得到其S-parameterSimulation仿真图如下：

五、心得体会

ADS是一款功能很强大的软件，不仅可以实现高频电路的仿真，还可以实现微波电路的仿真。并且包含直流仿真，交流仿真，S参数仿真等多种仿真功能，是一款专业的射频开发工具。

通过ADS软件的学习，发现自己在微波理论知识学习的不足，和遇到问题时过于着急的心态，

都不利于对于这个软件的学习。经过将近一个月坚持不懈的学习，也对ADS有了一点儿了解，相信自己可以在以后的学习过程中，加深对于微波这门课程的理解，养成良好的解决问题的心态。