教案检波电路详解.ppt

滤波器
v(t)
载波被抑制的已调波解调原理
0.0
4
输入电压为v1，输出电压为v2，则检波前后的波形如图所示， 输出电压v2是已恢复的原调制信号。
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检波器
v1 v2
vi 输入高频等幅波 t 则输出是直流电压
vo t
输入信号是调幅波
t 输出为原调制信号
t
输入脉冲调制波 t 输出为脉冲信号
检波前后的波形图
0.0
1
k Vi 2
KVi 2
cos 2
cos2 0t
KVim2
cos
2
t
1 2
1 2
cos
2
0
t
式中的K为系数。经中心频率为 2 0的带通滤波器取出 2 0
分量，而后由二分频器将其变换为 ，0 最后由中心角频率为 0
的带通滤波器进一步滤除无用分量，并将取出的 0
分量进行放大，就可作为所需的同频同相参考信号。
①惰性失真(对角线切割失真)现象
0.0
16
3) 失真
① 惰性失真 原因:由于负载电阻R与负载电容 vi C的时间常数RC太大所引起的。
现象:
vc
这时电容 C上的电荷不能很快地
随调幅波包络变化,从而产生失真。 o
t1
t2
t
不产生失真的条件:
惰性失真
为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，使检波器能跟上 高频信号电压包络的变化就行了。
VR
R
R Rg
Vim
0.0
19
负峰切割失真的现象
vi Vim (1 m cos t ) cos o t
Vim ( 1 m cos t )
V im VVVVVVRRiVRRRm（R 1-m）
0.0
20
产生负峰切割失真原因:
对于二极管来说，VR是 反偏压，它有可能阻止二极 管导通，从而产生失真。
21
实际电路中，为防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法，
即将R分为R1和R2两部分，如图所示，通常选用
2AP9 R1
R1
1 5
~
1 10
R
2
–6V 中放末线回路
中放级
82k R3
C5
D 5100p
680
C1
C2
5100p 30
R2
4.7k 为了更好地滤波，也将负载
+ Cd
电容分成C1和C2两部分。
故当
v
vs
vr
Vrm1
Vs Vrm
cost cos0t
Vrm Vsm
时
ma
Vsm Vrm
1
v1
同步检波实现模型
D
+ vs ~ – + vr ~ –
+
v0
RL
C
–
同步检波原理电路
因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。
0.0
25
乘积检波电路
已调波为载波分量被抑止的双边带信号 v1 V1 cos t cos 1t
6
RLC电路： 一是起高频滤波作用。 二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号
故必须满足
1 oc
RL
及
1 m a xC
RL
0.0
7
串联型二极管包络检波器的物理过程
D
i
+ +
v
i 充电
–
+
+
C
R
v
L
–
放电 –
串联型二极管包络检波器
V DC
0.0
8
1. 工作原理
vi o t1
vc t2
0.0
22
③ 非线性失真 (用失真系数Kf表示) 这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。
④ 频率失真
这种失真是由于耦合电容Cc和滤波电容C所引起的。 Cc的存在主要影响检波的下限频率min。
为使频率为min时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，
必须满足下列条件： 1
m inCc
Rg
若输入信号为调幅波时则输出电压为
v maVi cos cos 输出电压振幅为 V maVi cos
输出电压与输入信号的包络成正比
0.0
12
2. 包络检波器的质量指标 1) 电压传输系数(检波效率)
Kd
检 波 器 的 音 频 输 出 电 压V 输 入 调 幅 波 包 络 振 幅maVi
maVi cos cos
由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振荡 信号，才能完全恢复原调制信号。
0.0
28
产生本地振荡信号的方法：
（1）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器 的频率和相位与发送端一致。
（2）对于双边带调制来说，可以从双边带调制信号中提取所需 的同频同相的载波信号作本地振荡信号。
D
+
vi
C
–
v
Cc + VC – + R Rg v
–
–
为了避免底部切割失真，调幅 波的最小幅度Vim(1–ma)必须大于VR
不产生失真的条件:
maVim
Vim
Vim (1 ma )
VR
O
负峰切割失真波形
Vim (1 ma )
R
R Rg
Vim
即：
ma
Rg R Rg
R // Rg R
R~ R
0.0
0 Fmax f1
f 2f1
0 Fmax
f
0.0
1
输入 AM信号
非线性 电路
低通 滤 波器
检出包络信息
从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号
0.0
2
检波器分类: 同步检波 包络检波
解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。
振幅调制过程：
AM调制 DSB调制 SSB调制
峰值包络检波
Di
Cc
+
+
++
t
vi 充电
C RL vc – 放电
v
–
–
大信号的检波的原理:主要是利用二极管的单向导电特性和 检波负载RC的充放电过程来完成调制信号的提取。
0.0
9
0.0
10
用分析高频功放的折线近似分析法分析
cos c
VBB VBZ Vbm
cosc
VC
VBZ Vi
若输入信号为等幅波时
viVi cosit
对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载波 信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度抑 制的载波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控制 本机振荡信号使其同步中。
（3）采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波。
0.0
29
i (t) Vi cos t cos0t，通过平方律运算器，输出电压为
6.4 振幅解调(检波)原理与电路
6.4.1 概述
振幅解调(又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是
从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。
从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失
真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于
频谱搬移电路。
中放来
非线性 器件
到功放 低通 Fmax
f f1
V1V0
cos[(21
)t
]
1 4
V1V0
cos[(21
)t
]
低通滤波器滤除 21 附近的频率分量后，就得到频率为的低频信号，
v
1 2
V1V0
cos cos t
0.0
26
x
v0 O
v2 O
输电 入压 双振 边幅 带O
1- 1+
本波 地振 载幅
O
0
低通 v
相电
乘压 后振
O
幅
O 21- 21+
maVi
Kd cos ---电流通角
3
3R d
R
R ---检波器负载电阻 Rd ---检波器二极管内阻
当R>>Rd时，0，cos1。即检波效率Kd接近
于1，这是包络检波的主要优点。
0.0
13
2) 等效输入电阻Rid
Rid
Vim I im
Vim 2K dVim / R
R 2K d
Vim --- 输入高频电压的振幅 Iim --- 输入高频电流的的基波振幅
也就是要求 dvC (t) dV (t)
dt
dt
0.0
17
电容放电
dv c = vc
dt
RC
调幅波包络 V (t) Vom 1 ma cos t
包络变化率
dV (t) dt
Vomma sin
t
dVim dt
maVim sin t
代入
dvc dt
> dVi
dt
得 1 ma 1 (RC)2 0
本地载波电压 v 0 V0 cos(0 t )
本地载波的角频率 0 准确地等于输入信号载波的角频率 1
即
0 1
但二者的相位可能不同；这里表示它们的相位差。
这时相乘输出（假定相乘器传输系数为1）
ν 2 V1V0 (cos t cos 1t) cos(1t )
1 2
V1V0
cos
cos
t
1 4
0.0
低压 频振 电幅
O
27
由式可见，低频信号的输出幅度与 cos 成正比。当 0 时，
低频信号电压最大，随着相位差加大，输出电压减弱。 在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外， 希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为“同步检波”。
乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是加 强了输入信号中的载波分量。
同步检波有两种实现电路:
i
低通
vs
滤波器 v
vs
v
包络
检波器 v
vt
vt
(a)
(b)
乘积检波电路
0.0
24
包络检波器构成同步检波电路 其原理电路见右
包络检波器
vs
非线性
低通
v0
器件
滤波器
设输入信号为抑制载波的双边带
vs Vsm cost cos 0t
本地振荡信号 vr Vrm cos 0t 则它们的合成信号
t
5
二极管（大信号）峰值包络检波器
Di
+
+
++
vi 充电 –
C
RL v
– 放电
–
(a)
vc +–
+C
+
vi
RL
v
–
–
(b)
串联式二极管（大信号）包络检波器如图(a)所示。图中的RL、 C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求
检波器的输入信号大于0.5V，所以称为大信号检波器。
0.0
至低放
R5
C4
.
R4
C3 20
10k
D选用点接触型锗二极管2AP9（RD100），R1=680，R2=4.7k R4C3构成低通滤波器。C3上仅有直流电压，它与输入载波成正比，并加到 中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。如果输入信号强，C3上直
流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器输出电压下降。
如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能
量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转 换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）
即有 Vim2
2 Ri
V02 RL
，而
Vim
V0 Ri
1 2
RL
Vo
0.0
15
3) 失真
产生的失真主要有： ①惰性失真；②负峰切割失真； ③非线性失真；④频率失真。
或
Cc
1 minR g
电容C的容抗应在上限频率max时，不产生旁路作用，即它
应满足下列条件： 1 R
m a xC
或 C 1
m a xR
一般Cc约为几F，C约为0.01F。
0.0
23
同步检波电路
抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不 直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又 因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另 加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号，此 参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率 变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。
实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即 Ω=Ωmin～Ωmax。为了保证不产生失真，必须满足
1 ma 1 (RCmax)2 0
或写成
RCmax
1 ma2 ma
在工程上可按 maxRC≤1.5 计算。
0.0
18
②负峰切割失真(底部切割失真)
检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。 Rg代表下级电路的输入电阻。
对二极管加一正偏压抵消VBZ 则电容C上的输出电压为
vc vi cos
可以证明 3 3Rd R
S(vd-VBZ)
Id={ 0
Vd>VBZ Vd<VBZ
iD
-vC vD
θ V im
0.0
11
若输入信号为调幅波时则电容C上的输出电压为
vc vi cos Vi (1 ma cost) cos Vi cos maVi cos cos
隔直电容Cc数值很大，可认为它
D
对调制频率Ω交流短路，电路达到
稳态时，其两端电压VC≈Vim。
+
vi
C
Cc + VC – + R Rg v
为了有效地传送低频信号，要求 –
–
–
1 Cc
Rg
考虑了耦合电容Cc和低放 输入电阻Rg后的检波电路
在检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻R和Rg分压，在 R上得到的直流电压为：
包络检波：
解调过程
平均包络检波
同步检波：叠加型同步检波
乘积型同步检波
0.0
3
检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件， RC低通滤波器。其如下图所示
中放来 巳调高频 信号源
非线性 器件
到低放 低通 Fmax
解调普通调幅波组成原理框图
调幅信号 vs(t)
载波信号 v0(t)=cos0t
低 通 解调输出
vi
平方律 v1 带通滤波器 v2
运算器
（20）
二分频器 v3
带通滤波器 vr 放大器(c)
由DSB信号中取出载波信号的实现框图
0.0
30
单边带信号的接收(SSB)
单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。
单边带接收机方框图
f0+F
高放
f0+F 第一 混频
fi1+F
第一 fi1+F 第二
中放
混频
fi2+F 第二中放 fi2+F 乘积
1
Iim
id
cos td(t)
1
idd(t) 2I0
负载R两端的平均电压为KdVim，因此平均电 I0 KdVim / R 流
通常 Kd 1
因此
R id R / 2
即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。 由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降
低，消耗一些高频功率。这是二0.0 极管检波器的主要缺点。 14