检波电路详解

f1
f
0
Fmax
f1
2f1
f
0
f Fmax
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
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。
AM调制
包络检波：
峰值包络检波 平均包络检波 叠加型同步检波 乘积型同步检波
载波被抑制的已调波解调原理
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。
v1 vi 检波器 v2 t 输入高频等幅波 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
t
检波前后的波形图
二极管（大信号）峰值包络检波器
min Cc
min R 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 1 R 或 C C
max
max R
一般Cc约为几F，C约为0.01F。
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。 同步检波有两种实现电路:
Id= {
VC VBZ cos c Vi
iD
0
若输入信号为等幅波时
vi Vi cosit
对二极管加一正偏压抵消VBZ 则电容C上的输出电压为
-vC
vD
θ V im
vc vi cos
3Rd 可以证明 R
3
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 cos t ) cos Vi cos maVi cos cos
D + vi – + Cc VC – + v –
C
R –
Rg
为了有效地传送低频信号，要求
1 R g C c
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：
R VR Vim R Rg
负峰切割失真的现象
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 低通 Fmax 到功放
或写成
RC max
2 1 ma ma
在工程上可按 maxRC≤1.5 计算。
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。 隔直电容Cc数值很大，可认为它 对调制频率Ω交流短路，电路达 到稳态时，其两端电压VC≈Vim。
dV (t ) Vom ma sin t dt
得
dVim m a Vim sin t dt
2
dVi > dt dt
1 ma 1 ( RC ) 0
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 ( RC max ) 2 0
i vs vt (a) 低 通 滤波器 v v vs vt (b) 包 络 检波器 v
乘积检波电路
包络检波器
包络检波器构成同步检波电路 其原理电路见右
vs
非线性 器件 v1
低通 滤波器
v0
设输入信号为抑制载波的双边带 vs Vsm cos t cos 0 t 本地振荡信号 v r Vrm cos 0 t
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 R L 及 oc
1 max C
R L
串联型二极管包络检波器的物理过程
D i + + v – C
i
+
+ R –
v
L

充电
放电
–
串联型二极管包络检波器
V DC
1. 工作原理
vi vc
振幅调制过程：
DSB调制
SSB调制
解调过程
同步检波：
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 低通 Fmax 到低放
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 滤波器
解调输出 v(t)
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。 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。
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。 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。
Kd cos
3
---电流通角 R ---检波器负载电阻 Rd ---检波器二极管内阻
3R d R
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。
2)
等效输入电阻Rid Vim --- 输入高频电压的振幅 Iim --- 输入高频电流的的基波振幅

Vim Vim R Rid I im 2 K d Vim / R 2 K d
I im 1


1 i d cos td(t )

i d d(t ) 2I 0
负载R两端的平均电压为KdVim，因此平均电流 通常
I 0 K d Vim / R
Kd 1
则它们的合成信号
V v v s v r Vrm 1 s cos t cos 0 t V rm
同步检波实现模型
D + vs ~ – + vr ~ – +
v0
RL C –
故当 Vrm Vsm 时 ma
Vsm 1 Vrm
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。
v
1 V1 V0 cos cos t 2
输 入 双 边 带
电 压 振 幅 O
1-
1+

x
v0
本波 地振 载幅
O
O
0

低通
v2
v
O
相电 乘压 后振 幅 O
低压 频振 电幅
O O



21- 21+
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”。
v i Vim (1 m cost ) cos o t
Vim ( 1 m cost )
V im VR V R （1-m） V iR Vm VV R VR R
D
Cc + VC – + v –
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。 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
D + + vi – (a) 充电 + C – RL 放电 i + + v – + vi – (b) vc C RL – + v –
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。
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。这是二极管检波器的主要缺点。
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
D + +
t
i
Cc +
o
vi –
充电
+ RL C – 放电
vc –
v
t2 t1
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。
用分析高频功放的折线近似分析法分析
VBB VBZ cos c Vbm
S(vd-VBZ)
Vd>VBZ
Vd<VBZ
乘积检波电路 已调波为载波分量被抑止的双边带信号 v 1 V1 cos t cos 1 t 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
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）
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
2. 包络检波器的质量指标
1)
电压传输系数(检波效率)
maVi cos 检波器的音频输出电压V Kd cos 输入调幅波包络振幅 maVi maVi
+ vi –
C
R –
Rg
v
maVim
Vim O
Vim (1 ma )
负峰切割失真波形
VR
不产生失真的条件:
R Vim (1 ma ) Vim R Rg
即： ma
Rg R Rg

R // R g R
R~ R
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 1 1 R 1 ~ R 2
2AP9 –6V 中放末线回路 中放级 R3 D 5100p 82k C5 R1
5
10
5100p
680 C1 C2
R2 4.7k + Cd
为了更好地滤波，也将负载 电容分成C1和C2两部分。
R5
C4
.
C3 20
R4 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。
现象:
vc
o t1 t2
t
惰性失真 不产生失真的条件: 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。
也就是要求
dv C (t ) dV (t ) dt dt
电容放电 调幅波包络 包络变化率
代入 dv c
dv c = dt
vc RC
V (t ) Vom 1 ma cost
2 Vim V02 2 Ri RL
，而
Vim V0 Ri
1 RL 2
Vo
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。
①惰性失真(对角线切割失真)现象
3)
失真
vi
① 惰性失真 原因:由于负载电阻R与负载电容 C的时间常数RC太大所引起的。 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。
30
至低放ห้องสมุดไป่ตู้
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 1 Cc R g 或
ν 2 V1 V0 (cos t cos 1 t ) cos(1 t )
1 1 V1 V0 cos cos t V1 V0 cos[(21 ) t ] 1 V1V0 cos[(21 ) t ] 2 4 4
0 1
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，