高频 二极管包络检波

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实验七二极管包络检波实验

121180166 赵琛

一.实验目的

1.加深对二极管大信号包络检波工作原理的理解。

2.加深对二极管大信号包络检波典型电路的理解。

3.掌握用二极管大信号包络检波器实现普通调幅波(AM)解调的方法,掌握滤波电容数值对AM波解调的影响,掌握惰性失真产生的原因和消除方法。4.掌握检波电路参数对普通调幅波(AM)解调的影响,掌握负峰切割失真产生的原因和消除方法。

二、实验使用仪器

1.集成乘法调幅实验板、二极管包络检波实验板

2.100MH泰克双踪示波器

3. FLUKE万用表

4. 高频信号源

图7-1是二极管大信号包络检波电路,图7-2表明了大信号检波的工作原理。

输入信号)(t u i 为正并超过C 和1R 上的)(0t u 时,二极管导通,信号通过二极管向C 充电,此时)(0t u 随充电电压上升而升高。当)(t u i 下降且小于)(0t u 时,二极管反向截止,此时停止向C 充电并通过L R 放电,)(0t u 随放电而下降。充电时,二极管的正向电阻D r 较小,充电较快,)(0t u 以接近)(t u i 上升的速率升高。放电时,因电阻L R 比D r 大的多(通常Ω=k R L 10~5),放电慢,故)(0t u 的波动小,并保证基本上接近于)(t u i 的幅值。如果)(t u i 是高频等幅波,则)(0t u 是大小为0U 的直流电压(忽略了少量的高频成分),这正是带有滤波电容的整流电路。当输入信号)(t u i 的幅度增大或减少时,检波器输出电压)(0t u 也将随之近似成比例地升高或降低。当输入信号为调幅波时,检波器输出电压)(0t u 就随着调幅波的包络线而变化,从而获得调制信号,完成检波作用,由于输出电压)(0t u 的大小与输入电压的峰值接近相等,故把这种检波器称为峰值包络检波器。

2.二极管大信号包络检波效率

检波效率又称电压传输系数,用d η表示。它是检波器的主要性能指标之一,用来描述检波器将高频调幅波转换为低频电压的能力。d η定义为:

cm

a m cm a m d U m U U m U ΩΩ==)()(调幅波包线变化的幅度检出的音频电压幅度η 当检波器输入为高频等幅波时,输出平均电压0U ,则d η定义为

cm

cm d U U U U 00)()(==检波电压的幅值整出的直流电压η 这两个定义是一致的,对于同一个检波器,它们的值是相同的。由于检波原理分析可知,二极管包络检波器当C R L 很大而D r 很小时,输出低频电压振幅只略小于调幅波包络振幅,故d η略小于1,实际上d η在80%左右。并且R 足够大时,d η为常数,即检波器输出电压的平均值与输入高频电压的振幅成线性关系,所以又把二极管峰值包络检波称为线性检波。检波效率与电路参数L R 、C 、0r 以

及信号大小有关。它很难用一个简单关系式表达,所以简单的理论计算还不如根据经验估算可靠。如要更精确一些,则可查图表并配以必要实测数据得到。

3.二极管大信号包络检波器输入电阻

输入电阻是检波器的另一个重要的性能指标。对于高频输入信号源来说,检波器相当于一个负载,此负载就是检波器的等效输入电阻in R 。

d

L in R R η2~- 上式说明,大信号输入电阻in R 等于负载电阻的一半再除以d η。例如Ω=k R L 1.5,当d η=0.8,时,则Ω=⨯=k R in 2.38

.021.5。 由此数据可知,一般大信号检波比小信号检波输入电阻大。

4.二极管大信号包络检波器检波失真

检波输出可能产生三种失真:第一种,由于检波二极管伏安特性弯曲引起的失真;第二种是由于滤波电容放电慢引起的失真,它叫对角线失真,又称惰性失真;第三种是由于输出耦合电容上所充的直流电压引起的失真,这种失真叫割底失真,又称负峰切割失真。其中第一种失真主要存在于小信号检波器中,并且是小信号检波器中不可避免的失真,对于大信号检波器这种失真影响不大,主要是后两种失真。

(1) 对角线失真。如图7-3电路所示。

t u

u i u 0

图7 -3 对角线失真原理图

避免对角线失真的工程计算近似条件是:

a a

L m m CR 21-<Ω

上式表明a m 或Ω大,则包络线变化快、L CR 越大,则电容放电放电越慢,这

d L

L L i L L i i L i i L L a R R R R R R R R R R R R R m ~11=⋅+=+=+-≤ 由该式可见,调制系数a m 愈大或检波器交直流电阻之比L

L R R ~愈小,则愈容易产生割底失真。

4.实验电路

二极管大信号包络检波实验电路如图7-5。

图7-5 二极管大信号包络检波实验电路 电路原理:

已调幅波(AM )波从TP1处加入,二极管D 一般选用高频检波二极管(2AP 系列),电容C1 ,C2是检波电容,改变滑动变阻器RW1的抽头位置,可以改变

检波电路的直流电阻,在TP2处可以观察到检波器输出的低频调制信号的波形(包括惰性失真的波形),改变滑动变阻器RW2的抽头位置,可以改变检波电路的交流电阻,在TP3处可以观察到检波器输出的低频调制信号的波形,(包括负峰切割失真的波形)。晶体管T1构成共射极电压放大,改变滑动变阻器RW3的抽头位置,可以控制解调输出的调制信号的幅度,晶体管T2构成射极跟随器,电容C5是输出隔直电容,最后在TP5处可以观察到解调并放大后的调制信号。

四、实验内容

1.普通调幅波(AM )的检波

(1)集成乘法器幅度调制实验电路板上产生调幅系数m a 为0.2的普通调幅波(AM ),由IN1端加入,如图7-6所示,由TP1点监测波形与幅度。

(2)连接J1,J2断开,调整RW1、RW2在TP2观察检波后不失真信号,如图7-7所示,记录波形,测量总的直流电阻值,并计算电压传输系数K d (分别测量TP1波形的包络和TP2波形出的幅度,然后根据前面电压传输系数的定义进行计算)。

500.0340.0170.0)()(====ΩΩcm a m cm a m d U m U U m U η

计算的结果大约在0.5左右,也基本符合预期。

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