二极管包络检波器实验.ppt
实验五.二极管检波器实验n n振振幅幅解解调调方方法法可可分分为为包包络络检检波波和和同同步步检检波波两两大大类类。包包络络检检波波是是指指解解调调器器输输出出电电压压与与输输入入已已调调波波的的包包络络成成正正比比的的检检波波。由由于于AMAM信信号号的的包包络络与与调调制制信信号号成成正正比比，而而DSB,SSBDSB,SSB信信号号的的包包络络不不同同于于调调制制信信号号，所所以以包包络络检检波波只只适适用用于于解解调调AMAM波波，不不能能解解调调DSB,SSBDSB,SSB信信号号。DSB,SSBDSB,SSB信信号号需需用用同同步步检检波波器器实实现现解解调调。当当然然AMAM信信号号也也可可用用同同步步检检波波实实现现解解调调。但但它它同同包包络络检检波波器器相相比比，检检波波电电路路复复杂杂，所所以以较较少少采采用用。根根据据电电路路及及工工作作状状态态的的不不同同，包包络络检检波波又又可可分分为为峰峰值值检检波波和和平平均均值值检检波波。本本节节讨讨论论仅仅仅仅是是大大信信号号的的峰峰值值包包络络检检波波器器，即即其其输输入入信信号号电电压压往往往往要要大大于于0.5V0.5V以上。以上。实验任务与要求1.1.实验电路及说明实验电路及说明 实实验验电电路路如如图图1 1。电电路路的的前前面面部部分分是是谐谐振振中中放放，为为检检波波器器提提供供测测量量之之用用，它它具具有有选选频频放放大大作作用用，中中心心频频率率谐谐振振在在4MHZ4MHZ左左右右。由由D D、L L、C C、R R1 1、R RW2W2等等组组成成检检波波器器。D D为为非非线线性性变变换换元元件件，L L为为检检波波器器提提供供直直流流通通路路之之用用，C C、R R1 1、R RW2W2为为检检波波器器负负载载。RgRg为为检检波波交交流流负负载载。C C1 1为为观观测测波波形形失失真真而而设设，33pF33pF、6.8pF6.8pF及及R RW1W1为为测测量量检检波波输输入入阻阻抗抗而而设设。它它们们的的接接入入分分别别用用开开关关K1K1、K2K2、K3K3、K4K4来控制。来控制。图1.检波器实验电路图如下：输入调幅波形如下：检波输出图形如下：2.2.惰性失真：惰性失真：仿真条件：仿真条件：U Uimim1V1V，F F1KHZ,R1KHZ,RL L10K10K，接，接入入0.1f0.1f电容，电容，m m5050，检波输出波形如图，检波输出波形如图8 8。3.3.底部切割失真：底部切割失真：仿真条件仿真条件:U:Uimim1V1V，F F1KHZ1KHZ，R RL L20k,20k,不不 接入接入0.1uf0.1uf电容，电容，m m50%50%，输出波形如图，输出波形如图9 9。1 1、实验前，计算机仿真检波器当其输入信号分、实验前，计算机仿真检波器当其输入信号分别是正弦波和调幅波时的输出波形并改变电路别是正弦波和调幅波时的输出波形并改变电路参数，观察惰性失真及负峰失真波形。参数，观察惰性失真及负峰失真波形。2 2、基本命题、基本命题测量检波器的动特性曲线。测量检波器的动特性曲线。用用信信号号源源（EE1641EE1641）产产生生一一个个等等幅幅信信号号U U1 1（f1f12MHZ2MHZ），测测量量检检波波输输出出（*U U2 2是是什什么么信信号号?）填填表表绘绘制制特特性性曲曲线线，并并计计算算U U1 10.7v0.7v时时的检波效率的检波效率KdKd？*当当输输入入信信号号为为调调幅幅信信号号U U1 10.7v0.7v ,F=400Hz,F=400Hz，m=0.3m=0.3时，测量检波效率时，测量检波效率KdKd？实验表格如下：实验表格如下：观察调幅波包络失真情况。观察调幅波包络失真情况。测试条件：测试条件：U U1 10.7v0.7v，f=5MHz,Ff=5MHz,F400HZ400HZ a a：当：当R RL L10k10k。接上。接上0.10.1f f电容，改变电容，改变mm大小大小使输出包络信号由不失真到刚好出现对角线失真使输出包络信号由不失真到刚好出现对角线失真时，记下此时时，记下此时mm数值。数值。b b：当：当R RL L20K20K。不接入。不接入0.1f0.1f电容，改变电容，改变m m大小，记下刚好出现底部切割失真时的大小，记下刚好出现底部切割失真时的m m值并值并与理论值作比较。与理论值作比较。测量检波器的输入阻抗测量检波器的输入阻抗Z Z 测试条件：测试条件：R RL L=R=RLminLmin 测试方法：谐振法测试方法：谐振法 测试原理：检波器的输入阻抗相对于谐振中放测试原理：检波器的输入阻抗相对于谐振中放是一个负载，它的大小直接影响中放的频率特是一个负载，它的大小直接影响中放的频率特性（中心频性（中心频f fo o和通频带和通频带B0.7B0.7）接有检波器中放）接有检波器中放频率特性曲线如图频率特性曲线如图2 2曲线曲线1 1，去掉检波器时，频，去掉检波器时，频率特性变成曲线率特性变成曲线2 2。若用一电阻和电容代替检。若用一电阻和电容代替检波器，调整电阻和电容的大小，使曲线波器，调整电阻和电容的大小，使曲线2 2再回再回到曲线到曲线1 1的位置。中心频率和带宽均变得与曲的位置。中心频率和带宽均变得与曲线线1 1一样，此时加的电阻和电容参数值就等效一样，此时加的电阻和电容参数值就等效为检波器的输入电阻和电容。为检波器的输入电阻和电容。图2.谐振法测检波器输入阻抗图如下：n n扩展命题扩展命题 a.a.电路中电路中DD反接会有什么情况？用实验说明；反接会有什么情况？用实验说明；b.b.若若输输入入AMAM信信号号过过小小，会会产产生生什什么么失失真真？用用实验说明；实验说明；c.c.若若检检波波器器滤滤波波电电容容C C过过小小，会会产产生生什什么么失失真真？用实验说明；用实验说明；d.d.对对AMAM波波检检波波。从从U U1 1和和U U2 2处处测测量量，有有何何差差别别？e.e.要想改善要想改善R Rg g对检波器的影响，可采取哪些方对检波器的影响，可采取哪些方 法？法？f.f.什么叫自动增益控制？如何实现？什么叫自动增益控制？如何实现？g.g.图图3 3是是一一个个并并联联型型检检波波电电路路，DD采采用用2AP92AP9，请请自自行行设设计计各各电电路路元元件件参参数数，完完成成对对输输入入信信号号：载载频频5MHz5MHz，调调制制频频率率F F1KHz1KHz，mm30%30%的的调幅波的检波，并仿真分析。调幅波的检波，并仿真分析。图3.并联型检波电路图如下：实验报告要求n n整理实验数据并作相应曲线n n计算实验内容中两种失真波形的理论m值。实验说明及思路提示n n二极管检波器工作原理及性能要求二极管检波器工作原理及性能要求 大信号包络检波器其用途就是从调幅波中取出大信号包络检波器其用途就是从调幅波中取出低频调制信号。常用的是二极管检波，它是通过低频调制信号。常用的是二极管检波，它是通过二极管的非线性伏安特性进行频率变换，再通过二极管的非线性伏安特性进行频率变换，再通过低通平滑滤波完成检波作用的。原理电路如图低通平滑滤波完成检波作用的。原理电路如图4 4。对检波器的基本性能要求有：对检波器的基本性能要求有：1.1.传输传输系数系数K Kd d大：大：图4.检波器原理电路图如下：当输入信号当输入信号U Ui i为高频等幅正弦波时，检波输出为为高频等幅正弦波时，检波输出为 直流电压，传输系数直流电压，传输系数K Kd d表达式为：表达式为：K Kd d=检波输出直流电压检波输出直流电压/输入高频信号的振幅值输入高频信号的振幅值 当检波器输入信号当检波器输入信号U Ui i为正弦调幅波时，则其输为正弦调幅波时，则其输 出即为正弦信号，其传输系数出即为正弦信号，其传输系数K Kd d可由下式表示：可由下式表示：K Kd d=输出正弦电压振幅输出正弦电压振幅/输入已调波包络振幅输入已调波包络振幅 理论分析可知理论分析可知K Kd d只与电路有关（取决只与电路有关（取决g gD DR RL L），而），而 与输入信号无关。与输入信号无关。若输入若输入U US SU UC C（1 1mcostmcost）coscosc ct t 则检波输出则检波输出U U0 0K Kd dU UC C（1 1m costm cost）2.2.输入阻抗高：输入阻抗高：Z Zi i可等效为一个电容可等效为一个电容C Ci i和一个电阻和一个电阻R Ri i并联。并联。R Ri i 大小与检波器内阻及导通角大小与检波器内阻及导通角 有关。有关。C Ci i与结电与结电 容及引线分布电容有关。可见容及引线分布电容有关。可见R Ri i越大越大,C,Ci i越小，越小，则检波电路对前级（谐振中放）的影响小。理则检波电路对前级（谐振中放）的影响小。理 论分析可按功率守恒计算论分析可按功率守恒计算R Ri i，即有，即有 (输入为载波，输出为平均直流电压输入为载波，输出为平均直流电压)从上式可得：从上式可得：可见：提高可见：提高R RL L对改善对改善R Ri i有利。有利。3.3.检检波失真小：波失真小：检检波波器器常常有有两两种种失失真真即即惰惰性性失失真真和和底底部部切切割割失失真。真。a.a.惰性失真：惰性失真：主要原因是主要原因是负载电负载电阻、阻、电电容容过过大，在大，在输输入包入包络络的下降的下降沿，因电容沿，因电容 的放电速度慢造成放电速的放电速度慢造成放电速度跟不上包络下降速度而产生输出交流失真，度跟不上包络下降速度而产生输出交流失真，又称失随失真或对角线失真。失真除与负载有又称失随失真或对角线失真。失真除与负载有关外，还有输入信号的关外，还有输入信号的m m值及调制频率值及调制频率F F有关。有关。理论分析不失真的条件为理论分析不失真的条件为 失真现象见图失真现象见图5 5。b.b.底部切割失真：底部切割失真：图5.惰性失真波形图如下：加加入入CgCg后后，交交直直流流负负载载不不再再相相等等。直直流流负负载载R RLDLD=R=RL L ,交交流流负负载载R RLL=R=RL L R Rg g。因因U U0 0=K Kd dU UC C(1(1mcostmcost）,故故直直流流电电流流I Idcdc=K Kd dU Uc c/R/RL L,交交流电流振幅流电流振幅I Imm=mK=mKd dU Uc c/R/RL L R Rg g。若若R Rg g选选取取不不合合适适,(R(RL L R Rg g)m)m，必必有有I ImmI Idc dc。平平均均电电流流会会出出现现负负值值，因因二二极极管管具具有有单单向向导导电电性性，负负电电流流不不会会出出现现，造造成成截截止止，输输出出将将随随CgCg的的放放电电规规律律变变化化，CgCg的的取取值值很很大大(常常取取10uf10uf左左右右)，放放电电很很慢慢，从从而而形形成成平平底底，造造成成失真。可见不失真的条件为：失真。可见不失真的条件为：为为避避免免失失真真，可可在在检检波波器器和和RgRg间间加加入入一一级级射射随随器电路或器电路或R RL L用部分接入方式实现。用部分接入方式实现。图6.底部失真波形图如下：n n设计计算设计计算1.1.设计原则设计原则 检检波波二二极极管管选选取取原原则则：多多用用导导通通电电压压小小，正正向向电电阻阻小小，反反向向电电阻阻大大，结结电电容容小小，最最高高工工作作频频率率高高的的二二极极管管。一一般般多多用用点点接接触触型型锗锗二二极极管管2AP2AP系系列列。2AP2AP系系列二极管的参数请见书后附表。列二极管的参数请见书后附表。负载负载R RL L和和C C的的选择选择 设计时考虑的原则：设计时考虑的原则：a.,a.,即即C C对载频等效旁路，对低频等效开路对载频等效旁路，对低频等效开路.b.b.C C C Cd d,C,C大大相相应应CdCd的的作作用用减减小小，从从而而可可忽忽略略不计不计.c.c.从从系系统统而而言言:R:RL LRRi i,R RL LKKd d,即即负负载载增加，对输入阻抗提高及传输效率的改善有利增加，对输入阻抗提高及传输效率的改善有利.d.Rd.RL L会会带带来来失失真真。此此时时可可通通过过底底部部切切割割失失真和惰性失真的理论计算公式合理给出真和惰性失真的理论计算公式合理给出R RL L和和C.C.2.2.设计计算设计计算 技术技术指标：载频指标：载频fc=4MHZfc=4MHZ，调制频率，调制频率F=400HZF=400HZ，输入调幅系数输入调幅系数m m0.3.0.3.已已知知条条件件：二二极极管管用用2AP92AP9，其其参参数数为为r rd d=100=100，C Cd d1pf,1pf,下级等效输入阻抗为下级等效输入阻抗为10k10k。确定确定R RL L和和C C 根据前述设计原则根据前述设计原则:a.a.以不出现底部失真来确定以不出现底部失真来确定R RLmaxLmax 应有：应有：代入代入mm0.30.3，RgRg=10K=10K 有有R RLmaxLmax0.70.7Rg/0.3Rg/0.323.3k23.3k,故取标称最大值故取标称最大值 R Rlmaxlmax=20=20k k b.b.以不出现惰性失真来确定电容以不出现惰性失真来确定电容C C 应有：应有：代入代入R Rlmaxlmax=20=20k k，=2=2FF 从而确定从而确定C C0.0290.029FF 又因又因1/1/CC R RL L,有有C C 1/1/RRL L 0.13F0.13F 综合上述条件，取综合上述条件，取C C4700Pf4700Pf CgCg为隔直电容，取做为隔直电容，取做10uf10uf 工程估算工程估算K Kd d：g gd d=1/r=1/rd d，因此因此K Kd d=cos=0.78=cos=0.78 综合以上分析，考虑测试方便，可取负载综合以上分析，考虑测试方便，可取负载R RL L为为 5.1k5.1k电阻和电阻和47k47k电位器串联。电位器串联。C C取取4700PF,4700PF,为便于观察惰性失真，特用开关控制一并联为便于观察惰性失真，特用开关控制一并联 0.1F0.1F电容。电容。n n仿真分析（仅供参考）仿真分析（仅供参考）1.1.输输入入信信号号为为调调幅幅波波，U Uimim=1V,=1V,m=30%,m=30%,F=1KHZF=1KHZ，R RL L=R=Rminmin=51k=51k。输输 入入 输输 出出 波波 形形 对对 比比 如如 图图7(a),(b)7(a),(b)由图可见，交流检波效率由图可见，交流检波效率 K Kd d=U Umm/m/mU Uimim=0.25/0.3=0.25/0.30.830.83 检波器输入输出波形对比图如下：检波器输入输出波形对比图如下：
