包络检波器的设计与实现
2013~2014学年第一学期
《高频电子线路》
课程设计报告
题目：包络检波器的设计与实现
专业：电子信息工程
班级：11电信1班
姓名：
指导教师：冯锁
电气工程学院
2013年12月12日
任务书
摘要
调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。检波广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。对调幅波来说是从它的振幅变化提取调制信号的过程；对调频波，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波，是从它的相位变化提取调制信号的过程。
工程实际中，有一类信号叫做调幅波信号，这是一种用低频信号控制高频信号幅度的特殊信号。为了把低频信号取出来，需要专门的电路，叫做检波电路。使用二极管可以组成最简单的调幅波检波电路。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是，普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络。
为了生动直观的分析检波电路，利用了最新电子仿真软件Multisim11.0进行二极管包络检波虚拟实验,Multisim具有组建电路快捷、波形生动直观、实验效果理想等优点。计算机虚拟仿真作为高频电子线路实验的辅助手段,是一种很好的选择,可以加深学生对一些抽象枯燥理论的理解,从而达到提高高频电子线路课程教学质量的目的。
目录
第1章设计目的及原理 (4)
1.1设计目的和要求 (4)
1.1设计原理 (4)
第2章指标参数的计算 (8)
2.1电压传输系数的计算 (8)
2.2参数的选择设置 (8)
第3章 Multisim的仿真结果及分析 (11)
总结 (16)
参考文献 (17)
答辩记录及评分表 (18)
第1章设计目的及原理
1.1 设计目的和要求
通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手﹑独立开展电路实验的机会，锻炼分析﹑解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。
要求：掌握串、并联谐振回路及耦合回路、高频小信号调谐放大器、高频功率放大器、混频器、幅度调制与解调、角度调制与解调的基本原理，实际电路设计及仿真。
设计要求及主要指标：用检波二极管设计一AM信号包络检波器，并且能够实现以下指标。
●输入AM信号：载波频率200kHz正弦波。
●调制信号：1KHz正弦波，幅度为2V，调制度为40%。
●输出信号：无明显失真，幅度大于6V
1.2 设计原理
调幅调制和解调在理论上包括了信号处理，模拟电子，高频电子和通信原理等知识，涉及比较广泛。包括了各种不同信息传输的最基本的原理，是大多数设备发射与接收的基本部分。因为本次课题要求调制信号幅度大于1V，而输出信号大于5Ｖ，所以本课题设计需要运用放大电路。本次实验采用二极管包络检波以及运算放大电路。在确定电路后。利用EAD软件Ｍｕｌｔｉｓｉｍ进行仿真来验证设结果。
总设计框图如1-1：
输入信号→非线性器件→二极管包络检波器
→运放电路→输出信号。
图1-1
二极管包络检波的工作原理：
检波原理电路图如图1-2
图 1-2
检波的物理过程如下：
在高频信号电压的正半周期，二极管正向导通并对电容C充电，由于二极管正向导通电阻很小，所以充电电流I很大，是电容的电压Vc很快就接近高频电压峰值，充电电流方向如下图1-3所示：
图1-3
这个电压建立后，通过信号源电路，又反向地加到二极管D的两端。这时二极管是否导通，由电容C上的电压Vc和输入电压Vi共同决定。当高频信号的瞬时值小于Vc时，二极管处于反向偏置，处于截止状态。电容就会通过负载电阻R放电。由于放电时间常数RC远大于调频电压周期，故放电很慢。
当电容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，使二极管导通。如图3中t1到t2的时间为二极管导通（如图1-4）的时间，在此时间内又对电容充电，电容的电压又迅速接近第二个高频的最大量。如图3中t2至t3时间为二极管截止（如图1-5）的时间，在次时间内电容又通过负载R放电。这样不断地反复循环。所以，只要充电很快，即充电时间常数RdC很小（Rd为二极管导通时的内阻）而放电时间很慢即放电时间常数RC很大，就能使传输系数接近1。
另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频周期，所以输出电压Vc的起伏很小，可看成与高频调幅波包络基本一致，而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Vc就是原来的调制信号，达到解调得目的。
图1-5 二极管截止
图1-4 二极管导通
图1-6
根据上述二极管包络检波的工作原理可设计出符合本次课程设计“包络检波器的设计与实现”检波器，其原理电路图如图1-7所示。
图1-7 包络检波器电路图
第2章包络检波器指标参数的计算
2.1电压传输系数计算
==cos
等幅载频：K
d
=
AM波：K
d
理想：R>>R D,φ→0,K d=1
理想：R>>R D,φ→0,K d=1
2.2参数的选择设置
①v s较小时，工作于非线性区；
②R较小时，R D的非线性作用↑。
解决：R足够大时，R D的非线性作用↓，R的直流电压负反馈作用↑。但R(RC)过大时，将产生：
(a)惰性失真(τ放跟不上v s的变化)；
(b)负峰切割失真(交流负载变化引起)。
(a)惰性失真(如图)
图2-1
由图可见，不产生惰性失真的条件：
v s包络在A点的下降速率≤C的放电速率
即：
=RC
(b)负峰切割失真(交流负载的影响及m的选择)
图2-2
C c为耦合电容(很大)
直流负载为：R
交流负载为：R交=(RR L)/(R+R L)
∵C c很大，在一个周期内，V c(不变)≈V s(K d≈1时)