第八讲 调幅波的包络检波电路

vi (t ) Vcm (1 ma cost ) cos c t
载频
c 、调制频率 、调制系数
ma
低通滤波器RC的取值原则是： 1 RC ——对高频载波近似短路 c 时间常数 1 ——让低频调制信号通过 RC max
max
c
射频通信电路
2. 工作原理
输入信号的大小不同 非线性器件描述不同 工作原理不同 （1）输入为小信号（平方律检波） 注意：应加偏置VQ ，保证二极管导通 忽略输出电压 vAV 的负反馈，则：
（证明略）
射频通信电路
当输入是单音调幅波时：
vi (t ) Vcm (1 ma cost ) cos c t
检波器输出：
v AV v AV VAV cost
动态检波效率
kd ~
输出的交流幅度 输入信号包络幅度
kd ~
V AV maVcm
一般有
kd ~ kd ＝ cos
则：P
o
Pi
2 2 Vcm Vcm 1 2 Ri R
R Ri 2
结论：峰值包络检波器的输入阻抗等于负载电阻的一半
射频通信电路
并联包络检波电路的输入阻抗 输出电压
vo vi (t ) vc vi (t ) vAV
包含两个过程： 高频直通
Ri
包络检波 检波电流——尖顶脉冲 vi 输入电流是两个过程电流的叠加 信号电流 i S
kd ＝
检波器输出电压 输入电压幅度
v 当输入是等幅载波： i (t ) Vcm cos ct
则检波器的输出为直流 VAV
kd
v AV Vcm
3
k d ＝ cos
① 检波效率 1，效率高 ② 检波效率是由电路参数决定的常数，不随 输入信号的幅度而变化，线性不失真检波
3RD 理解 R
v AV a2 ma V R cost
2 cm
②
出现了许多高次谐波失真项，二次谐波失真项的大小为：
v AV 2
1 2 2 a 2 maVcm R cos 2t 4
此失真无法由低通滤波器滤除
射频通信电路
（2）输入为大信号（峰值包络检波） 大信号作用下二极管非线性描述——二段折线
与串联型检波不同处： 输出电压 vo vi (t ) vc
vi (t ) v AV
① 检波过程——输出包含 v AV ——反映输入包络
② 高频直通——输出包含 vi (t )
电容 C 对输入高频短路 二极管导通时间极短
vi iS R
射频通信电路
并联包络检波的输出波形
vi
输入波形 vi （设为等幅载波） 电容上电压 c （充电到峰值）
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（3）平均包络检波
电路构成： 非线性器件——晶体管 be结 RC低通滤波器 工作原理（输入为大信号）：
v AV
vi (t ) Vcm (1 ma cost ) cos c t
设 VBB Von 则集电极电流为半波
vbe VBB vi
ic g mVcm (1 ma cos t ) cos c t S1 ( c t )
dvc (t ) 1 Vcm (1 ma cost1 ) 电容电压的变化速率： dt t t1 RC
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为不失真，要求：
A
dVim (t ) dt t t1 dvc (t ) dt t t1
ma sin t1 CR 1 1 ma cost1
不同时刻
为了保证在包络下降最快时仍不产生惰性失真
VAV
V ——输出平均值， AV Vcm
——输出交流，反映输入的包络
v AV
vAV (t ) Vcm (1 ma cos t )
射频通信电路
④ 二极管只在输入信号峰值尖顶上有短暂的导通，
大部分时间截止。 二极管电流呈重复频率为 的尖顶脉冲
c
注意：二极管电流不是半波开关 原因：输出电压 v AV 的反馈
检波 电流
直流
交流幅度
I Av ~
I AV
v AV Vcm R R
v AV Vcm R R
I AV ~
V AV ~ V ma cm R R
I AV
此值 一定 小于1 此比值 不一定 小于1
无
RL
有
ma 1
ma R R // RL
RL
VAV ~ Vcm ma R // RL R // RL
工作过程： 初始 t=0， c＝0， 当
v
充电
vi (t ) 0 时，二极管导通
充 RD C 很小，充得快
放电
当 vi (t ) v AV 时，二极管截止
放 RC 很大，放得慢
输入 等幅波
v 结果： AV 保持在输入信号的峰值上
vAV VAV Vcm
射频通信电路
射频通信电路
峰值包络检波与平均包络检波比较——均为大信号检波
vD vi (t ) vAV
输出平均电压反馈影响二极管
vbe VBEQ vi
输出电压无反馈，由晶体管隔离
二极管电流是 导通角极小的 尖顶脉冲
电流为半波
二极管工作点左移
v AV
工作点仅由偏置决定
射频通信电路
（4）并联二极管包络检波
射频通信电路
iAV
iAV
iAV
I AV
iAV ~
大于1 时，二极管 不可能负电流 所以被切割——失真
不接交流负载时， I AV ~ ma 1 I AV 不失真条件：
有效解调信号输出为：
2 v AV a2 ma Vcm R cost
射频通信电路
二极管小信号检波特点： ① 解调输出与输入信号幅度的平方成正比，称为平方律检波。 输入的调幅波（AM信号）为：
vi (t ) Vcm (1 ma cost ) cos c t
有效解调信号输出为：
设输入的包络为： Vim (t ) Vcm (1 ma cost ) 在
t t1
时刻，电容C通过R放电的时间函数：
t t1 RC
vc (t ) Vc( t t1 ) e
Vcm (1 ma cost1 )e

t t1 RC
包络的变化速率为：
dVim (t ) maVcm sin t1 dt t t1
射频通信电路
解调（检波）——频谱搬移原理
iD a0 a1vi a2vi2 a3vi3 ......
二次方项电流为：
2 a 2Vcm (1 ma cos t ) 2 cos 2 c t
频谱搬移主要 由二次方项产生
1 2 a 2Vcm (1 ma cos t ) 2 [1 cos 2 c t ] 2
v
输出电压
vo vi (t ) vc vi (t ) vAV
输出电压是高频输入和它 的检波分量的叠加。
为取出解调信号，后面应 加低通滤波器。
射频通信电路
3. 包络检波器性能指标 1）检波效率 2）检波失真
检波器作为频率变换电路， 衡量它的变换效果
3）输入阻抗 ——检波器作为前级中频放大器的负载，衡量其影响 （1）检波效率
其中
S1 ( t ) 1 2 2 cos t cos 3t 2 3
通过RC低通滤波器取其平均分量：
iCAV
1

g mVcm (1 ma cos t )
v0 v AV gm
反映输入信号包络 晶体管wk.baidu.com放大作用
输出电压

R Vcm (1 ma cost )
Vcm (t )
不失真
失真
Vim (t ) Vcm (1 ma cost )
t
ma 大，包络下降快
（ 相同）
调制频率 大，包络下降快 （ ma 相同）
射频通信电路
为避免惰性失真对电路元件的要求
dvc (t ) dVim (t ) dt t t1 dt t t1
t1 为信号包络下降区间的某一时刻
输入信号幅度 电流中信号分量幅度
输入阻抗对信号 基波 c 而言
——体现了对前级中频回路的影响
射频通信电路
输入阻抗
Ri 的大小
——用能量守恒原理求证
设输入信号为： vi (t ) Vcm cos ct
2 1 Vcm 则输入功率为： Pi 2 Ri
Ri
检波器输出电压为直流 vAV VAV kdVcm Vcm 2 2 V AV Vcm 负载所得功率为： Po R R 二极管在载波一周内导通时间极短，电流很小，吸收功率极小
R
输入阻抗等效为两过程阻抗并联：
R 1 Ri // R R 2 3
检波器输入阻抗 信号电流阻抗
射频通信电路
（3）二极管包络检波器的失真
电路元件参数选得不恰当，将会出现失真 ① 惰性失真
现象： 在包络下降部分， 电容器放电速度 跟不上包络下降 惰性失真
包络下降速度与什么有关？
Vcm (1 ma ) Vcm
1
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（2）输入阻抗
检波器输入阻抗的影响：
并接在中频回路两端——影响回路Q值， ——影响选择性，输入阻抗越大越好。
Ri
设输入信号为： vi (t ) Vcm cos ct 二极管电流为尖顶脉冲 ——含有丰富的谐波 检波器输入阻抗的定义：
输入阻抗对 什么频率而言？
Vim Ri I 1m
电路结构特点——与前端电路隔直流（电容C） RC 取值原则与串联型相同
检波原理—— 与串联型相同：
① 二极管电压
vD vi (t ) vc
并联型 检波过程 完全相同
② 充电时间常数
③
充 RD C 放电时间常数 放 RC vc 反映了输入信号 vi (t )
的包络变化
串联型 包含两个过程
峰值包络检波电路工作过程的特点： ① 在高频信号的每一周
电容器C充、放电一次 ② >> ,充电快、放电慢； 充 放 当充放电荷达动态平衡时， v v


AV
c
达到 输入信号峰值
③ 当输入为AM信号
vi (t ) Vcm (1 ma cos t)cos ct
检波输出两部分
v AV VAV v AV
设输入为AM信号：
失真现象
负峰切割失真
vi (t ) Vcm (1 ma cos t )cos ct
检波输出两部分 v AV VAV v AV 检波电流两部份 iAV I AV iAV
不失真反映包络
射频通信电路
iAV
iAV
失真原因分析
输入 ： vi (t ) Vcm (1 ma cos t )cos ct 输出： vAV kdVcm (1 ma cos t ) VAV VAV ~ cos t
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第八讲 调幅波的 包络检波电路
射频通信电路
非相干解调电路——不需要同步参考信号 适用——包络反映了调制信号变化的普通调幅波AM
本节内容：
① 介绍包络检波器的组成电路、工作原理、性能指标 ② 用包络检波器构成的另一种相干解调电路—叠加型同步检波
射频通信电路
9.4.1 包络检波电路 1. 电路组成 非线性器件 两大部分 低通滤波器 设输入的调幅波（AM信号）为：
通过低通，滤除高频，输出平均电压
v AV 1 2 R [a 0 a 2Vcm (1 ma cos t ) 2 ] 2
调制信号 基波 调制信号 二次谐波
1 1 2 1 2 2 a 0 R a 2Vcm R(1 2ma cos t ma ma cos 2t ) 2 2 2
RD
二极管视为开关——导通、截止
g D vD iD 0
vD 0 vD 0
（ RD
1 是二极管导通电阻） gD
射频通信电路
峰值包络检波原理
设输入为等幅载波（包络为常数）
vi (t ) Vcm cos ct
二极管两端电压
vD vi (t ) v AV vi (t ) vc
vD VQ vi
小信号作用下二极管的描述
iD
——工作点处幂级数展开
VQ
VD
iD a0 a1 (v D VQ ) a2 (v D VQ ) 2 a3 (v D VQ ) 3
iD a0 a1vi a v a v ......
2 2 i 3 3 i
t1 ，调幅波的包络下降速度不同，
dA 求得A达到最大值的时刻： 0 dt1
代入A，得不失真条件：
cost1 ma
RC
2 1 ma
ma
结论： ma 、 越大，不产生惰性失真要求的时间常数就越小。
当多音频调制时， 和
ma 均取最大值
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② 负峰切割失真 检波器后接交流负载可能引入的失真 iAV