P5M2-2检波器基本特性的测试xu

P5M2检波器基本特性的测试 P5M2检波器基本特性的测试 学习目标 能独立完成场二极管包络检波电路的设计 能解决一般电路故障问题 工作任务 二极管包络检波电路设计与调试 从振幅受调制的高频信号中还原出原调制的信号 1 定义 图9 1 1检波器的输入输出波形 图9 1 2检波器检波前后的频谱 图9 1 3检波器的组成部分 2 组成 3 检波的分类 二极管检波器 三极管检波器 检波 器件 信号大小 小信号检波器 大信号检波器 工作特点 包络检波器 同步检波器 从已调波中检出包络信息 只适用于AM信号 输入AM信号 检出包络信息 读一读 1 工作原理 1 包络检波 峰值包络检波 PeakEnvelopeDetection R为负载电阻 它的数值较大 C为负载电容 它的值应选取得在高频时 其阻抗远小于R 可视为短路 而在调制频率 低频 时 其阻抗则远大于R 可视为开路 此时输入的高频信号电压较大 由于负载电容C的高频阻抗很小 因此高频电压大部分加到二极管D上 1 工作原理 1 包络检波 峰值包络检波 PeakEnvelopeDetection 充电 放电 充电时间常数 放电时间常数 在高频信号正半周 二极管导电 并对电容器C充电 由于二极管导通时的内阻很小 所以充电电流很大 2 性能指标检波器的几个主要质量指标 电压传输系数 检波效率 输入电阻和失真 1 电压传输系数 检波效率 电压传输系数的定义为 5 2 1 此处 为调幅波的载波振幅 用近似分析法可以证明 5 2 2 式中 为电流通角 其值为 5 2 3 此处 R为检波器负载电阻 为检波器内阻 2 等效输入电阻检波器的等效输入电阻定义为 5 2 4 式中 为输入高频电压的振幅 为输入高频电流的基波振幅 通常因此大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半 由于二极管输入电阻的影响 使输入谐振回路的Q值降低 消耗一些高频功率 这是二极管检波器的主要缺点 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 3 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 二者之间总会有一些差别 亦即检波器输出波形有某些失真 产生的失真主要有 惰性失真 inertiadistortion 负峰切割失真 negativepeakclippingdistortion 非线性失真 频率失真 惰性失真 对角线切割失真 这种失真是由于负载电阻R与负载电容C的时间常数RC太大所引起的 这时电容C上的电荷不能很快地随调幅波包络变化 参阅图5 21 在调幅波包络下降时 由于RC时间常数太大 在图中时间内 输入信号电压总是低于电容C上的电压 二极管始终处于截止状态 输出电压不受输入信号电压控制 而是取决于RC的放电 只有当输入信号电压的振幅重新超过输出电压时 二极管才重新导电 这个非线性失真是由于C的惰性太大引起的 所以称为惰性失真 为了防止惰性失真 只要适当选择RC的数值 使C的放电加快 能跟上高频信号电压包络的变化就行了 不产生惰性失真的条件 工程上可按下式计算 负峰切割失真 底边切割失真 这种失真是由于检波器的直流负载电阻R与交流 音频 负载电阻不相等 而且调幅度又相当大时引起的 图5 22考虑了耦合电容和低放输入电阻后的检波器 失真的原因和确定 造成交 直流负载电阻不同的原因是隔直流电容的存在 隔直电容Cc数值很大 可认为它对调制频率 交流短路 电路达到稳态时 其两端电压VC Vim 图5 22考虑了耦合电容和低放输入电阻后的检波器 不产生这种失真的条件 交 直流负载电阻越悬殊 ma越大 越容易发生该失真 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Ri2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Ri2上分压 直流负载电阻R上的电压为 考虑了耦合电容Cc和低放输入电阻RL后的检波电路 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 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 频率失真这种失真是由于图5 22中的耦合电容和滤波电容C所引起的 的存在主要影响检波的下限频率 为使频率为时 上的电压降不大 不产生频率失真 必须满足下列条件 电容C的容抗应在上限频率时 不产生旁路作用 即它应满足下列条件 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 例5 2图5 24是某收音机二极管检波器的实际电路 低频电压由电位器R2引出 音量控制 C1R1和C2R2组成检波负载 取出低频分量 滤除高频分量 电阻和R4是确定自动增益控制 AGC 1 受控级 中放由T2组成 工作点电流的基极分压电阻 电阻R3和R4也是供给二极管固定偏压的分压电阻 图5 24实际二极管检波器电路 一 二极管的选择选用点接触型二极管2AP9 导通时的电阻约为100 总等效电容约1pF 二 电阻R1 R2的决定检波器后的低频放大器总输人电阻为2 5k 因此 为了满足条件 式 5 49 不能选得太大 一般选 根据分负载条件 现取 这时 考虑在最上位置则 所以通常 在接收机中调幅度最大约为0 8 平均为0 3 因此 取 是可以的 如果2AP9导通时的电阻 则由式 9 9 2 可以求得30 所以电压传输系数 等效输入电阻 三 负载电容C1和C2的确定从不产生惰性失真条件出发 参看式 5 47 取 对一般收音机来说 最高音频4500Hz 从而求得C小于0 01 C1和C2可采用0 01 做一做 项目 二极管包络检波电路设计项目编号 SPC5 2任务要求 按测试程序要求完成所有测试内容 并撰写测试报告 格式要求见附录A 测试设备 直流稳压电源1台 高频信号发生器一台 数字存储示波器1台 测试电路 如图5 25所示为二极管包络检波电路 图中 编号为JJ1的为跳线端子跳线帽连接1 2即可将电容CJ02与CJ01并联 电阻及电容取值如图所示 输入调幅信号uc 从TPJ01输入 输出信号ud 从TPJ02输出 测试程序 按图5 25接好电路 从高频信号源输入载波频率为455KHz 幅度为2V 调制信号频率为1KHz的正弦波 调幅度为0 3的调幅信号 2用示波器观察测试点A和B的波形 此时应均为为1KHz的正弦波 记录波形 观察两者有何不同 测试电压传输系数 测试输入电阻 合上开关S1 接入电容C2 观察波形的失真情况 发现产生了失真 6合上开关S2 接入电阻R2 观察波形的失真情况 发现产生了失真 合上开关S3 接入电阻RL2 观察波形的失真情况 发现产生了失真 结论 如图5 25所示的包络检波电路由 和三种器件组成 测试点A的信号含有成份 因而C3的作用是 R1或C1的不合理设置会导致失真 交直流负载的不相等会导致失真 读一读 2 同步检波同步检波器主要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 SynchronousDetection 的名称即由此而来 外加载波信号电压加入同步检波器可以有两种方式 一种是将它与接收信号在检波器中相乘 经低通滤波器后 检出原调制信号 如图5 27 a 所示 另一种是将它与接收信号相加 经包络检波器后取出原调制信号 如图5 27 b 所示 图5 27同步检波器方框图 先讨论图5 27 a 所示的乘积检波器 设输入的已调波为载波分量被抑止的双边带信号 即 5 2 17 本地载波电压本地载波的角频率准确地等于输入信号载波的角频率 即 但二者的相位可能不同 这里表示它们的相位差 这时相乘输出 假定相乘器传输系数为1 5 2 19 低通滤波器滤除附近的频率分量后 就得到频率为的低频信号 有 由式 5 2 20 可见 低频信号的输出幅度与 成正比 当 时 低频信号电压最大 随着相位差 因此 在理想情况下 除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外 希望二者的相位也相同 此时 乘积检波称为 同步检波 加大 输出电压减弱 图5 28输入双边带信号时乘积检波器的有关波形和频谱 若输人为含有载波频率的已调波 则本地载波频率可用一个中心频率为的窄带滤波器直接从已调波信号中取得 采用环形或桥形调制器电路 都可做成同步检波器电路 只是将调制电路中的音频信号输入改为双边带或单边带信号输入 即成为乘积检波电路 也可以采用模拟乘法器作为乘积检波器 同样是将音频信号输入改为双边带或单边带信号输入即可 不再赘述 小结 调幅器与检波器都是通信设备中重要部件 调幅与检波都是一种频率变换过程 均是实现频谱的线性搬移 调幅是将音频 或视频 调制信号搬移到高频段 但调制信号内部的相互关系不能改变 检波是调幅的逆过程 它要从已调波中取出调制信号 或者说 把信号从高频段搬移回来 搬移时调制信号的内部相互关系同样不能改变 调幅波包含载波和上 下边带 调幅时可以抑制载波变成DSB波 也可以同时抑制载波并滤除一个边带变成SSB波 借助相乘器可以实现调幅 如果把载波和调制信号直接相乘 可得到DSB波 若先在一调制信号上加一直流电压 然后再与载波相乘 可以得到AM波 得到DSB波后 再滤除一个边带 即可获得SSB波 模拟相乘调幅器 二极管平衡和环形调幅器 单 双 三差分对调幅器均属低电平调幅电路 用丙类谐振功放实现调幅器属高电平调幅电路 在大功率已调设备中都采用它 小结 调幅过程是非线性变换的过程 将产生多种频率分量 所以调幅电路应含有LC带通滤波器 用来滤除不需要的频率分量 采用平衡推挽电路可以抵消一部分不需要的频率成分 集成模拟相乘器可实现振幅调制