4.4.2 检波的工作原理与典型电路2012.5.20

为避免失真 dv C (t ) dV (t ) 包络变化率
dt dt
dV (t ) Vom ma Ω sin Ωt dt
1 ma 1 ( RC Ω ) 2 0
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①惰性失真(对角线切割失真)
1 ma 1 ( RC Ω ) 2 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
R –
RL
考虑了耦合电容Cc和低放 输入电阻RL后的检波电路
交、直流负载电阻越悬殊， ma 越大 (RL 越小 ) ，越容易发生该失真。
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直流负载电阻为R，交流负载电阻为R//RL
23
③
△非线性失真
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。 实现原理： 非线性 iD vΩ ， vi不变
第四章 频谱搬移电路----4.4.2
4.1频谱搬移电路概述 4.2 频谱搬移电路的基本工作原理
(振幅调制电路、振幅解调电路、混频电路）
4.3 非线性电路概念和频率变换本质 4.4 频谱搬移电路的典型电路分析 4.5 本章小结
1
4.4 频谱搬移电路的典型电路分析
4.4.1
4.4.2 4.4.3
振幅调制
如左图所示，检波器中存在 检波电容C和隔直电容Cc两个电容。 检波电容 C用于跟踪调幅波包络变 化，隔直电容Cc用于去除载波分量 对应的直流输出。
D + vi –
Cc + V – C + v –
C
R –
RL
考虑了耦合电容Cc和低放 输入电阻RL后的检波电路
对调制频率 Ω=Ωmin ～ Ωmax ，要求检波电容 C 对高频载波短路 但不能对低频调制波旁路，隔直电容Cc对低频调制波短路。 1 1 R L R minCd maxC 2015-2-12 25
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图
输入双边带信号时乘积检波器 的有关波形和频谱
29
2. 叠加型同步检波器----双边带
叠加型同步检波器分析-----叠加后成普通AM，用包络检波波选出基波
vc (t ) Vcm cos0t
uDSB(t)= UC Mα cosΩtcosωct
v s
v
包 络 检波器
v
v r
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uC
U1 UA
ui U2 UB
U3
uC U 4
工作过程
t
0
通 断 通 iD
断 (a )
0 (b ) uo Uav
t
Uo
0 (c)
t
图
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检波器的工作过程
12
包络检波器的指标
下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数
1) 电压传输系数(检波效率)
定义：
V im VR
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②负峰切割失真(底边切割失真)
要避免二极管截止发生，包络幅度瞬时值必须满足
Vim 1 ma cosΩt VR Vim 1 ma VR
RL R // RL ma R RL R
+ vi –
D
Cc + V – C + v –
C
②负峰切割失真(底边切割失真)
产生平底切割失真是由于交直流检波负载不等所至
D + vi – Cc + V – C + v –
C
R –
RL
考虑了耦合电容Cc和RL后的检波电路 (书上RL是P387图中的低放输入电阻ri2)
v i Vim (1 m cost ) cosot
Vim (1 m cos Ωt)
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①惰性失真(对角线切割失真)
如图所示，在某一点，如 果电容两端电压的放电速度小 于包络的下降速度，就可能发 生惰性失真。
v o (t ) Vom 1 ma cost cos0t
调幅波包络
V (t ) Vom 1 ma cost
dt
电容放电
iC C
载波信号相位对检波结果的影响
i vs
乘积检波电路
vs (t ) Vsm cosΩt cos0t v r (t ) Vrm cos(0t )
低通 滤波器
V0
vr
乘积检波器
vs (t ) vr (t ) (Vsm cost cos0t ) Vrm cos(0t ) VsmVrm cosΩtcos0t cos(0t )
vi –
C
R –
RL
考虑了耦合电容Cc和低放 输入电阻RL后的检波电路
失真最可能在包络的负半周发生。假定二极管截止，Cc将 通过 R 和 RL 缓慢放电，相对于高频载波一个周期内，其电压 VC≈Vim将在R和RL上分压。直流负载电阻R上的电压为
R VR Vim R RL
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Vrm
Vsm Vsm 2 1 2 cos Ωt ( ) Vrm Vrm
Vrm Vsm
Vsm Vrm 1 2 cosΩt Vrm 1 Vsm 2 Vsm 1 Vsm 2 Vrm[1 ( ) cosΩt ( ) cos2Ωt] 4 Vrm Vrm 4 Vrm
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1 ma 1 ( RC Ωmax ) 0 或 RCΩmax
2
1 ma ma
2
这里要求合理的设置Ma、R、C
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②负峰切割失真(底边切割失真)
+
D
Cc + V – C + v –
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 （ Vim 是载波信号的振幅）。
Kd 输出低频交流电压振幅 输入已调波包络振幅 V m V0
maVim
Vim
VΩ
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1) 电压传输系数(检波效率)
用分析高频功放的折线 近似分析法可以证明
iD -v C θ Vim
Kd cos
3
vD

3R R
d
其中， θ 是二极管电流通角， Ｒ 为检波器负载电 阻，Ｒd为检波器内阻。
即有
2 V02 Vim 2 Ri RL
，而
Vim V0 Ri
1 RL 2
Vo
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包络检波器的失真
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) 如果检波电路的 时间常 数RC太大，当调幅波包络朝 较低值变化时，电容上的电 荷来不及释放以跟踪其变化， 所造成的失真称作惰性失真。
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2) 等效输入电阻
考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必 影响回路选频特性（Q），下面分析其等效电阻
Vim Rid I im
其中，Vim是输入高频电压振幅， Iim是输入高频电流振 幅。
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2) 等效输入电阻
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）
D + vi – Cc + V – C + v –
C
R –
RL
i D ← vD
考虑了耦合电容Cc和低放 输入电阻RL后的检波电路
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。
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④ △频率失真
所谓频率失真（线性失真）是指由阻抗随频率变化的线 性电抗元件电容、电感引起的失真。
dv C (t ) dt
包络变化率 dV (t ) Vom ma sin t
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v C (t ) iC R
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①惰性失真(对角线切割失真) 放电速率
dv C (t ) i v (t ) C C dt C RC
假定此时
vC (t ) Vom 1 ma cost
载波信号相位对检波结果的影响
i vs
乘积检波电路
vs (t ) Vsm cosΩt cos0t v r (t ) Vrm cos0t
低通 滤波器
V0
vr
乘积检波器
vs (t ) v r (t ) (Vsm cost cos0t ) Vrm cos0t VsmVrm cosΩtcos0t cos0t
vs (t ) Vsm cos(0 Ω)t v r (t ) Vrm cos0t
v
v s
包 络 检波器
v
v r
vs (t ) vr (t ) Vsm cos(0 Ω)t Vrm cos0t Vsm cos0t cosΩt Vsm sin 0t sin Ωt Vrm cos0t Vm cos(0t ) Vsm sin Ωt arctan( ) Vsm sin Ωt Vrm cosΩt
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Vm (Vrm Vsm cos 0t ) 2 (Vsm sin 0t ) 2
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2. 叠加型同步检波器
v s (t ) vr (t ) Vm cos(0t )
Vm (Vrm Vsm cos 0t ) 2 (Vsm sin 0t ) 2
叠加型：
U叠加=uDSB(t)+ uC(t)=
UC Mα cosΩtcosωct+ UC cosωct
=Uccosωct（Mα cosΩt + 1）= U普通AM(t)
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2. 叠加型同步检波器---单边带
叠加型同步检波器分析-----叠加后成普通AM，用包络检波波选出基波
公式相对复杂，了解
4.4.3同步检波器
同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行 解调。它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波 相同的电压。同步检波的名称即由此而来。
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图
同步检波器方框图
26
1.乘积型同步检波器分析-----乘积后高、低频率信号自动分开，用低通滤波选出基波
1. 乘积检波器-----理想时
VsmVrm cos Ωt 1 cos( 20t ) cos 2
1 v (t ) VsmVrm cos cos Ωt 2
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1 U V V cos Ωt cos 2 t cos 0 2
sm rm 0
由于存在COS 0 U2图只有在COSΏ 为负时才为负， 详细见上述公式
单边带接收有如下的特点
•接收机的本振频率与发射机的频率严格保持一致。
•对接收机的线性要求高。
•检波器不能用包络检波器，而应采用同步检波器。
1 VsmVrm cos Ωt cos 20t cos 0 2 1 1 VsmVrm cos Ωt cos 20t VsmVrm cos Ωt 2 2 1 v (t ) VsmVrm cos Ωt 2
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理想时： 载波完全同步，φ为0
1. 乘积检波器----有相位差时
检波器检波前后的频谱
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4.4.2 典型的振幅解调电路
本章要掌握：工作原理，典型电路
4.4 .2 4.4 .3 AM检波------包络检波 DSB、SSB检波 -------同步检波（乘积型，叠加型）
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4. 4.2包络检波器
包络检波器的工作原理
包络检波器的质量指标
fi
检波
F
低频放大
F
本地振荡
从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号。
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2. 检波的分类
二极管检波器 三极管检波器
小信号检波器 大信号检波器 包络检波器 同步检波器
5
器件
检波
信号大小
工作原理
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3 检波器的输入输出波形
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检波器的输入输出波形
6
4 检波前后的频谱
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9
包络检波器的工作原理
输入 AM信号
非线性 电路
低通 滤 波器
ห้องสมุดไป่ตู้
检出包络信息
从已调波中检出包络信息，只适用于AM信号
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电路图
VD ＋ ＋ ui C R uo － (a ) (b ) ui － － (c) C R uo C － ＋ ＋ R ＋ uo －
图 (a)原理电路 (b)二极管导通 (c)二极管截止
振幅解调---------检波 混频
4.4.2振幅解调
1、检波定义、分类
2、典型的振幅解调（检波）电路
AM检波-----包络检波 DSB,SSB检波--------同步检波
3、本节小结
2015-2-12 3
4.4.2.1检波简述 1.定义
fo – fs = fi
fs
高频放大
fs fo
混频
中频放大