二极管包络检波实验
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二极管包络检波实验
Thursday, July 16, 2015 卢
莎
实验目的
加深对二极管大信号包络检波工作原理的理 解。 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。了解滤波电容数值 对AM波解调影响。 了解电路参数普通调幅波（AM）解调影响。
卢莎
2
实验仪器
集成乘法调幅实验板 二极管包络检波实验板 低频信号源模块 高频信号发生器 20MH双踪示波器 万用表
6
卢莎
工作原理
t1-t2：充电时间
t2-t3：放电时间
卢莎
7
工作原理
只要充电很快，即充电时间常数Rd· C很小(Rd为二极管 导通时的内阻)；而放电时间常数足够慢，即放电时问 常数R· C很大，满足Rd· C<<RC，就可使输出电压的幅度接 近于输入电压的幅度。 由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频电 压周期，所以输出电压的起伏是很小的，可看成与高频 调幅波包络基本一致。 高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出 电压就是原来的调制信号，达到了解调的目的。
卢莎 11
输入电阻
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Rin。
R Rin 2Kd
上式说明，大信号输入电阻Rin等于负载电阻的一半再 除以Kd 。 一般大信号检波比小信号检波输入电阻大。
卢莎
12
检波失真
理想情况下，包络检波器的输出波形应与调幅波包络线 的形状完全相同，但实际上，检波器的输出波形存在某 些失真。 失真：惰性失真、负峰切割失真、非线性失真、频率失 真。
R是检波器的直流负载，而R~是检波器的低频交流负载。 可见，为了防止底部切割失真，检波器交流负载与直流 负载之比不得小于调幅系数ma。
卢莎
17
非线性失真
非线性失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引 起的。 造成检波器的输出音频电压不能完全和调幅波的包络成 正比。但如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性 特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。 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。
检出的音频电压幅度(U m ) U m Kd 调幅波包络变化的幅度(maU cm ) maU cm
二极管包络检波器当RC很大而Rd很小时，输出低频电 压振幅只略小于调幅波包络振幅，故Kd略小于1，实际 上在80%左右。R足够大时，Kd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R、C、 Rd以及信号大小有关。
卢莎 20
实验步骤
1、普通调幅波的包络检波 （1）集成乘法器幅度调制电路产生普通调幅波（AM） a、直流电压调整 （万用表）： 调节RW1使1496的PIN6、PIN12的直流电压尽可能相等。 调节RW2使1496的PIN1、PIN4的直流电压尽可能相等。 b、调制信号：低频信号源模块产生频率600Hz峰峰值600mV的正弦 波；输出接集成乘法调幅电路模块的IN3。 低频信号源模块跳线 插左边两孔 载波信号：高频信号发生器产生频率10MHz，amp30mV的正弦 波；输出接集成乘法调幅电路模块的IN1 。 c、调整RW1、RW2，输出端得到普通调幅波，OUT端用示波器观 察。
卢莎
8
工作原理
ui u2
maUcm
Ucm
ui t
u2
UΩ m
直流成分U0
U0
t
卢莎 9
质量指标
二极管大信号包络检波效率 二极管大信号包络检波器输入电阻 二极管大信号包络检波器检波失真
卢莎
10
检波效率
检波效率又称电压传输系数，用Kd表示，用来描述检波 器将高频调幅波转换为低频电压的能力。
卢莎
22
实验步骤
3.观察波形惰性失真 分别增大Ω ,增大ma（调节集成乘法器幅度调制实验电路板上 的RW2），RW1，当波形出现失真时，记录此时波形以及对应的 Ω ,ma，负载 。
Ω 不失真时 第一次 第二次 第三次
ma
负载
负载在TP2时为R1//R2+RW1;TP3时为R1//R2+RW1//R3+RW2
OUT 1 2
C7 0.47u
LED
TP1 IN 2 1
D1 2AP9
TP2
+
TP3 C3 J3
T1 9014 T2 9014
10u
R1 510 J2
27u
C1 22n
C2 22n
R2 1.5k
R3 100
RW3 4.7k C4
+
2.7u
R6 51
RW1
RW2
22k
100k
共射级放大电路：反向180°，放大检波输出信号
卢莎 21
实验步骤
（2）接入二极管包络检波模块IN1端，记录TP1点AM波的波形， 峰峰值，频率 （3）连接J1、J2断开，调整RW1，在TP2观察检波后不失真信号， 记录波形,计算电压传输系数Kd（TP1波形包络峰-峰值与TP2波 形峰-峰值之比）。 （4）连接J2下，调整RW2，在TP3端观测检出的波形，记录不失 真的波形，峰峰值，频率。 （5）记录波形不失真时候的调制系数ma，调制信号频率，负载 RW1，RW2
卢莎
3
工作原理
二极管包络检波工作原理： 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。还原所得的信号，与高频调幅信号的包 络变化规律一致，故又称为包络检波器。
R是负载电阻，数值较大； C是负载电容，取值依据：在高频时， 其阻抗远小于R，可视为短路；在低 频（调制频率）时，其阻抗远大于R， 可视为开路。 此时输入的高频信号电压VI较大。
卢莎
18
频率失真
频率失真由耦合电容和滤波电容引起。 耦合电容主要影响检波的下限频率，滤波电容的容抗应 在上限频率时，不产生旁路作用。 在音频范围内，耦合电容一般为几uF，滤波电容为 0.01uF。
卢莎
19
实验电路
K 12V R4 68k R5 63k R7 1.5k TP4 C5
+
R8 2k
卢莎
13
惰性失真
惰性失真（对角线切割失真）产生的原因是由于负载电 阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的
卢莎
14
惰性失真
为了避免产生惰性失真,必须在任何一个高频周期内,使 电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速度。即 不产生惰性失真的条件必须满足：
2 1 ma CR ma
上式表明ma或Ω大，则包络线变化快、CR放电慢，这 些都促成发生放电失真。
卢莎
15
负峰切割失真
负峰切割失真（底部切割失真）产生的原因是检波器输 出常用隔直流电容与下级耦合，检波器的直流负载与交 流负载不相等，调制度相当大引起的。
卢莎
16
负峰切割失真
不产生割底失真的条件为
R ma R
卢莎 4
工作原理-充电过程
在高频信号电压的正半周时，二 极管正向导通并对电容器C充电， 由于二极管的正向导通电阻很小， 所以充电电流id很大，使 电容器上的电压VC很快就接近高 频电压的峰值。充电电流的方向 如图中所示。
卢莎
5
工作原理-放电过程
Vc建立后通过信号源电路，又反 向地加到二极管 D 的两端。电容 器 C 上的电压 VC 和输入信号电压 Vi共同决定二极管导通与否。当 高频信号的瞬时值小于 Vc 时，二 极管处于反向偏置，管子截止， 电容器就会通过负载电阻 R 放电。 由于放电时间常数 RC 远大于调频 电压的周期，故放电很慢。 当电容器上的电压下降不多时， 调频信号第二个正半周的电压又 超过二极管上的负压，使二极管 又导通。
卢莎
23
实验步骤
4.观察波形割底失真 把波形调回不失真状态，分别增大ma，调节RW1，RW2,当波形出 现失真时，记录此时波形以及对应的ma，RW1，RW2。
ma
不失真时 第一次
R2+RW1
R3+RW2
第二次 第三次
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24wk.baidu.com
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实验目的
加深对二极管大信号包络检波工作原理的理 解。 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。了解滤波电容数值 对AM波解调影响。 了解电路参数普通调幅波（AM）解调影响。
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实验仪器
集成乘法调幅实验板 二极管包络检波实验板 低频信号源模块 高频信号发生器 20MH双踪示波器 万用表
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工作原理
t1-t2：充电时间
t2-t3：放电时间
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工作原理
只要充电很快，即充电时间常数Rd· C很小(Rd为二极管 导通时的内阻)；而放电时间常数足够慢，即放电时问 常数R· C很大，满足Rd· C<<RC，就可使输出电压的幅度接 近于输入电压的幅度。 由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频电 压周期，所以输出电压的起伏是很小的，可看成与高频 调幅波包络基本一致。 高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出 电压就是原来的调制信号，达到了解调的目的。
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输入电阻
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Rin。
R Rin 2Kd
上式说明，大信号输入电阻Rin等于负载电阻的一半再 除以Kd 。 一般大信号检波比小信号检波输入电阻大。
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检波失真
理想情况下，包络检波器的输出波形应与调幅波包络线 的形状完全相同，但实际上，检波器的输出波形存在某 些失真。 失真：惰性失真、负峰切割失真、非线性失真、频率失 真。
R是检波器的直流负载，而R~是检波器的低频交流负载。 可见，为了防止底部切割失真，检波器交流负载与直流 负载之比不得小于调幅系数ma。
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非线性失真
非线性失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引 起的。 造成检波器的输出音频电压不能完全和调幅波的包络成 正比。但如果负载电阻R选得足够大，则检波管非线性 特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。 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。
检出的音频电压幅度(U m ) U m Kd 调幅波包络变化的幅度(maU cm ) maU cm
二极管包络检波器当RC很大而Rd很小时，输出低频电 压振幅只略小于调幅波包络振幅，故Kd略小于1，实际 上在80%左右。R足够大时，Kd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R、C、 Rd以及信号大小有关。
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实验步骤
1、普通调幅波的包络检波 （1）集成乘法器幅度调制电路产生普通调幅波（AM） a、直流电压调整 （万用表）： 调节RW1使1496的PIN6、PIN12的直流电压尽可能相等。 调节RW2使1496的PIN1、PIN4的直流电压尽可能相等。 b、调制信号：低频信号源模块产生频率600Hz峰峰值600mV的正弦 波；输出接集成乘法调幅电路模块的IN3。 低频信号源模块跳线 插左边两孔 载波信号：高频信号发生器产生频率10MHz，amp30mV的正弦 波；输出接集成乘法调幅电路模块的IN1 。 c、调整RW1、RW2，输出端得到普通调幅波，OUT端用示波器观 察。
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工作原理
ui u2
maUcm
Ucm
ui t
u2
UΩ m
直流成分U0
U0
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质量指标
二极管大信号包络检波效率 二极管大信号包络检波器输入电阻 二极管大信号包络检波器检波失真
卢莎
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检波效率
检波效率又称电压传输系数，用Kd表示，用来描述检波 器将高频调幅波转换为低频电压的能力。
卢莎
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实验步骤
3.观察波形惰性失真 分别增大Ω ,增大ma（调节集成乘法器幅度调制实验电路板上 的RW2），RW1，当波形出现失真时，记录此时波形以及对应的 Ω ,ma，负载 。
Ω 不失真时 第一次 第二次 第三次
ma
负载
负载在TP2时为R1//R2+RW1;TP3时为R1//R2+RW1//R3+RW2
OUT 1 2
C7 0.47u
LED
TP1 IN 2 1
D1 2AP9
TP2
+
TP3 C3 J3
T1 9014 T2 9014
10u
R1 510 J2
27u
C1 22n
C2 22n
R2 1.5k
R3 100
RW3 4.7k C4
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R6 51
RW1
RW2
22k
100k
共射级放大电路：反向180°，放大检波输出信号
卢莎 21
实验步骤
（2）接入二极管包络检波模块IN1端，记录TP1点AM波的波形， 峰峰值，频率 （3）连接J1、J2断开，调整RW1，在TP2观察检波后不失真信号， 记录波形,计算电压传输系数Kd（TP1波形包络峰-峰值与TP2波 形峰-峰值之比）。 （4）连接J2下，调整RW2，在TP3端观测检出的波形，记录不失 真的波形，峰峰值，频率。 （5）记录波形不失真时候的调制系数ma，调制信号频率，负载 RW1，RW2
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工作原理
二极管包络检波工作原理： 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。还原所得的信号，与高频调幅信号的包 络变化规律一致，故又称为包络检波器。
R是负载电阻，数值较大； C是负载电容，取值依据：在高频时， 其阻抗远小于R，可视为短路；在低 频（调制频率）时，其阻抗远大于R， 可视为开路。 此时输入的高频信号电压VI较大。
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频率失真
频率失真由耦合电容和滤波电容引起。 耦合电容主要影响检波的下限频率，滤波电容的容抗应 在上限频率时，不产生旁路作用。 在音频范围内，耦合电容一般为几uF，滤波电容为 0.01uF。
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实验电路
K 12V R4 68k R5 63k R7 1.5k TP4 C5
+
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惰性失真
惰性失真（对角线切割失真）产生的原因是由于负载电 阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的
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惰性失真
为了避免产生惰性失真,必须在任何一个高频周期内,使 电容C通过R放电的速度大于或等于包络的下降速度。即 不产生惰性失真的条件必须满足：
2 1 ma CR ma
上式表明ma或Ω大，则包络线变化快、CR放电慢，这 些都促成发生放电失真。
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负峰切割失真
负峰切割失真（底部切割失真）产生的原因是检波器输 出常用隔直流电容与下级耦合，检波器的直流负载与交 流负载不相等，调制度相当大引起的。
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负峰切割失真
不产生割底失真的条件为
R ma R
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工作原理-充电过程
在高频信号电压的正半周时，二 极管正向导通并对电容器C充电， 由于二极管的正向导通电阻很小， 所以充电电流id很大，使 电容器上的电压VC很快就接近高 频电压的峰值。充电电流的方向 如图中所示。
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工作原理-放电过程
Vc建立后通过信号源电路，又反 向地加到二极管 D 的两端。电容 器 C 上的电压 VC 和输入信号电压 Vi共同决定二极管导通与否。当 高频信号的瞬时值小于 Vc 时，二 极管处于反向偏置，管子截止， 电容器就会通过负载电阻 R 放电。 由于放电时间常数 RC 远大于调频 电压的周期，故放电很慢。 当电容器上的电压下降不多时， 调频信号第二个正半周的电压又 超过二极管上的负压，使二极管 又导通。
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实验步骤
4.观察波形割底失真 把波形调回不失真状态，分别增大ma，调节RW1，RW2,当波形出 现失真时，记录此时波形以及对应的ma，RW1，RW2。
ma
不失真时 第一次
R2+RW1
R3+RW2
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