二极管包络检波器实验.ppt

实验五 二极管检波器实验 振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类 包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波 由于AM信号的包络与调制信号成正比 而DSB SSB信号的包络不同于调制信号 所以包络检波只适用于解调AM波 不能解调DSB SSB信号 DSB SSB信号需用同步检波器实现解调 当然AM信号也可用同步检波实现解调 但它同包络检波器相比 检波电路复杂 所以较少采用 根据电路及工作状态的不同 包络检波又可分为峰值检波和平均值检波 本节讨论仅仅是大信号的峰值包络检波器 即其输入信号电压往往要大于0 5V以上 实验任务与要求 1 实验电路及说明实验电路如图1 电路的前面部分是谐振中放 为检波器提供测量之用 它具有选频放大作用 中心频率谐振在4MHZ左右 由D L C R1 RW2等组成检波器 D为非线性变换元件 L为检波器提供直流通路之用 C R1 RW2为检波器负载 Rg为检波交流负载 C1为观测波形失真而设 33pF 6 8pF及RW1为测量检波输入阻抗而设 它们的接入分别用开关K1 K2 K3 K4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 惰性失真 仿真条件 Uim 1V F 1KHZ RL 10K 接入0 1 f电容 m 50 检波输出波形如图8 3 底部切割失真 仿真条件 Uim 1V F 1KHZ RL 20k 不接入0 1uf电容 m 50 输出波形如图9 1 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参数 观察惰性失真及负峰失真波形 2 基本命题测量检波器的动特性曲线 用信号源 EE1641 产生一个等幅信号U1 f1 2MHZ 测量检波输出 U2是什么信号 填表绘制特性曲线 并计算U1 0 7v时的检波效率Kd 当输入信号为调幅信号U1 0 7v F 400Hz m 0 3时 测量检波效率Kidd 实验表格如下 函数1M波段检波输出为直流 在实验版的个直电容之前 10uf 低频调制信号 观察调幅波包络失真情况 测试条件 U1 0 7v f 5MHz F 400HZa 当RL 10k 接上0 1 f电容 改变m大小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m数值 U1为均方根值 将函数发生器介入电路板 然后用示波器测量检波器输入值为u1 非开路电压 输出电压可用示波器 直流耦合 或点位表侧 R增大 检波效率增大 u2 u12 AM用高频信号源 增加高频的条幅系数 转动amfm旋钮 b 当RL 20K 不接入0 1 f电容 改变m大小 记下刚好出现底部切割失真时的m值并与理论值作比较 测量检波器的输入阻抗Z测试条件 RL RLmin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是一个负载 它的大小直接影响中放的频率特性 中心频fo和通频带B0 7 接有检波器中放频率特性曲线如图2曲线1 去掉检波器时 频率特性变成曲线2 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2再回到曲线1的位置 中心频率和带宽均变得与曲线1一样 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 示波器双综使用 清楚测试点的位置 失真测试时搁置电路之后示波器随便 之前示波器选 图2 谐振法测检波器输入阻抗图如下 扩展命题a 电路中D反接会有什么情况 用实验说明 b 若输入AM信号过小 会产生什么失真 用实验说明 c 若检波器滤波电容C过小 会产生什么失真 用实验说明 d 对AM波检波 从U1和U2处测量 有何差别 e 要想改善Rg对检波器的影响 可采取哪些方法 f 什么叫自动增益控制 如何实现 g 图3是一个并联型检波电路 D采用2AP9 请自行设计各电路元件参数 完成对输入信号 载频5MHz 调制频率F 1KHz m 30 的调幅波的检波 并仿真分析 图3 并联型检波电路图如下 实验报告要求 整理实验数据并作相应曲线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 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 再通过低通平滑滤波完成检波作用的 原理电路如图4 对检波器的基本性能要求有 1 传输系数Kd大 图4 检波器原理电路图如下 当输入信号Ui为高频等幅正弦波时 检波输出为直流电压 传输系数Kd表达式为 Kd 检波输出直流电压 输入高频信号的振幅值当检波器输入信号Ui为正弦调幅波时 则其输出即为正弦信号 其传输系数Kd可由下式表示 Kd 输出正弦电压振幅 输入已调波包络振幅理论分析可知Kd只与电路有关 取决gDRL 而与输入信号无关 若输入US UC 1 mcos t cos ct则检波输出U0 KdUC 1 mcos t 2 输入阻抗高 Zi可等效为一个电容Ci和一个电阻Ri并联 Ri大小与检波器内阻及导通角 有关 Ci与结电容及引线分布电容有关 可见Ri越大 Ci越小 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Ri 即有 输入为载波 输出为平均直流电压 从上式可得 可见 提高RL对改善Ri有利 3 检波失真小 检波器常有两种失真即惰性失真和底部切割失真 a 惰性失真 主要原因是负载电阻 电容过大 在输入包络的下降沿 因电容 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 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m值及调制频率F有关 理论分析不失真的条件为失真现象见图5 b 底部切割失真 图5 惰性失真波形图如下 加入Cg后 交直流负载不再相等 直流负载RLD RL 交流负载RL RL Rg 因U0 KdUC 1 mcos t 故直流电流Idc KdUc RL 交流电流振幅I m mKdUc RL Rg 若Rg选取不合适 RL Rg m 必有I m Idc 平均电流会出现负值 因二极管具有单向导电性 负电流不会出现 造成截止 输出将随Cg的放电规律变化 Cg的取值很大 常取10uf左右 放电很慢 从而形成平底 造成失真 可见不失真的条件为 为避免失真 可在检波器和Rg间加入一级射随器电路或RL用部分接入方式实现 图6 底部失真波形图如下 设计计算1 设计原则检波二极管选取原则 多用导通电压小 正向电阻小 反向电阻大 结电容小 最高工作频率高的二极管 一般多用点接触型锗二极管2AP系列 2AP系列二极管的参数请见书后附表 负载RL和C的选择设计时考虑的原则 a 即C对载频等效旁路 对低频等效开路 b C Cd C大相应Cd的作用减小 从而可忽略不计 c 从系统而言 RL Ri RL Kd 即负载增加 对输入阻抗提高及传输效率的改善有利 d RL 会带来失真 此时可通过底部切割失真和惰性失真的理论计算公式合理给出RL和C 2 设计计算技术指标 载频fc 4MHZ 调制频率F 400HZ 输入调幅系数m 0 3 已知条件 二极管用2AP9 其参数为rd 100 Cd 1pf 下级等效输入阻抗为10k 确定RL和C 根据前述设计原则 a 以不出现底部失真来确定RLmax应有 代入m 0 3 Rg 10K 有RLmax 0 7Rg 0 3 23 3k 故取标称最大值Rlmax 20k b 以不出现惰性失真来确定电容C应有 代入Rlmax 20k 2 F 从而确定C 0 029 F又因1 C RL 有C 1 RL 0 13 F综合上述条件 取C 4700PfCg为隔直电容 取做10uf工程估算Kd gd 1 rd 因此Kd cos 0 78综合以上分析 考虑测试方便 可取负载RL为5 1k