检波电路详解

1、6.4.1概述概述 振幅解调振幅解调(又称检波又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是是振幅调制的逆过程。它的作用是 从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。 从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失 真地从载波频率附近搬移到零频率附近真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于因此，检波器也属于 频谱搬移电路。频谱搬移电路。 6.4振幅解调振幅解调(检波检波)原理与电路原理与电路 中放来 非线性 器 件 低通 Fmax 到功放 0 Fmax f 0 f Fmaxf12f1 f1 f

2、非线性非线性 电路电路 低通低通 滤滤 波器波器 从已调波中检出包络信息从已调波中检出包络信息，只适用于，只适用于AM信号信号 输入输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息 包络检波包络检波 同步检波同步检波 检波器分类检波器分类: : 振幅调制过程：振幅调制过程： 解调过程解调过程 AM调制调制 DSB调制调制 SSB调制调制 包络检波包络检波： 同步检波同步检波： 峰值包络检波峰值包络检波 平均包络检波平均包络检波 乘积型同步检波乘积型同步检波 叠加型同步检波叠加型同步检波 解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不

3、同的解调。 检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件， RCRC低通滤波器。其如下图所示低通滤波器。其如下图所示 解调输出 载波信号 v0(t)=cos0t v(t) 调幅信号 vs(t) 低 通 滤波器 中放来 非线性 器 件 低通 Fmax 到低放 巳调高频 信号源 载波被抑制的已调波解调原理载波被抑制的已调波解调原理 解调普通调幅波组成原理框图解调普通调幅波组成原理框图 输入电压为输入电压为v1，输出电压为，输出电压为v2，则检波前后的波形如图所示，则检波前后的波形如图所示， 输出电压输出电压v2是已恢复的原调制信号。是已

4、恢复的原调制信号。 检波器 v1 v2 vi t t t 输入高频等幅波 则输出是直流电压 输入信号是调幅波 输出为原调制信号 输入脉冲调制波 输出为脉冲信号 vo t t t 检波前后的波形图 串联式二极管（大信号）包络检波器如图串联式二极管（大信号）包络检波器如图(a)(a)所示。图中的所示。图中的R RL L、 C C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求 检波器的输入信号大于检波器的输入信号大于0.5V0.5V，所以称为大信号检波器。，所以称为大信号检波器。 二极管（大信号）峰值包络检波器二极管（大信号）峰值包络检波

5、器 C + + v RL + 充电 放电 (a) iD vi C + + v RL (b) vc vi + RLC电路：电路： 二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号号 一是起高频滤波作用。一是起高频滤波作用。 故必须满足故必须满足 L o R c 1 L max R C 1 及及 V DC C + + v R L + + 充电 放电 iD v i 串联型二极管包络检波器 串联型二极管包络检波器的物理过程串联型二极管包络检波器的物理过程 1. 工作原理工作原理 大信号的检波的原理大信号的检波的原理: :主要是利用二极管的单向导电特性和

6、主要是利用二极管的单向导电特性和 检波负载检波负载RCRC的充放电过程来完成调制信号的提取。的充放电过程来完成调制信号的提取。 o vi t vc t1 t2 C + + v RL + + 充电 放电 i D vi vc Cc 用分析高频功放的折线近似分析法分析用分析高频功放的折线近似分析法分析 v D i D -vC V im bm BZBB c V VV cos i BZ C c V VV cos Id= = S(vd-VBZ)VdVBZ 0VdRd时，时，0，cos1。即检波效率。即检波效率Kd接近接近 于于1，这是包络检波的主要优点。，这是包络检波的主要优点。 2)等效输入电阻等效输入

7、电阻Rid Vim - 输入高频电压的振幅输入高频电压的振幅 Iim - 输入高频电流的的基波振幅输入高频电流的的基波振幅 由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降值降 低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。 dimd im im im id K R RVK V I V R 2/2 2/RR id 即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。 通常通常1K d 因此因此 0ddim I2) t(d 1 ) t(tdcos 1 I ii

8、负载负载R R两端的平均电压为两端的平均电压为K Kd dV Vim im，因此平均电流 ，因此平均电流 R/VKI imd0 如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能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）换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流） L 2 0 i 2 im R V R2 V 0 VV im Li R 2 1 R 即有即有，而，而 V o 3) 失真失真 产生的失真主要有：产生的失真主要有： 惰性失真；惰性失真；负峰切割失真；负峰切

9、割失真； 非线性失真；非线性失真；频率失真。频率失真。 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) )现象现象 3)失真失真 惰性失真惰性失真 o vi t vc t1 t2 惰性失真惰性失真 原因原因: :由于负载电阻由于负载电阻R与负载电容与负载电容 C的时间常数的时间常数RC太大所引起的。太大所引起的。 这时电容这时电容 C上的电荷不能很快地上的电荷不能很快地 随调幅波包络变化随调幅波包络变化,从而产生失真。从而产生失真。 为了防止惰性失真，只要适当选择为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，使检波器能跟上的数值，使检波器能跟上 高频信号电压包络的变化就行了。高频信号电压包络

10、的变化就行了。 也就是要求也就是要求 现象现象: 不产生失真的条件不产生失真的条件: : dt tdV dt td C )()( v 或写成或写成 a 2 a max m m1 RC 在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5 计算。计算。 tsinVm dt Vd ima im 电容放电电容放电 dt d c v RC v c = = tmVtV aom cos1)( 调幅波包络调幅波包络 tmV dt tdV aom sin )( 包络变化率包络变化率 dt d c v dt Vd i 0)(11 2 RCma 实际上，调制波往往是由多个频率成分组成，即实际上，调制波往往是由多个频率成分组

11、成，即 =minmax。为了保证不产生失真，必须满足。为了保证不产生失真，必须满足 0)(11 2 max RCma 代入 得 负峰切割失真负峰切割失真(底部切割失真底部切割失真) 检波器输出常用隔直流电容检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所与下级耦合，如图所 示。示。Rg代表下级电路的输入电阻。代表下级电路的输入电阻。 + + v C + R Rg VC Cc vi D 考虑了耦合电容考虑了耦合电容Cc和低放和低放 输入电阻输入电阻Rg后的检波电路后的检波电路 为了有效地传送低频信号，要求为了有效地传送低频信号，要求 g c R C 1 在检波过程中，在检波过程中，Cc两端建立了直

12、流电压经电阻两端建立了直流电压经电阻R和和Rg分压，在分压，在 R上得到的直流电压为：上得到的直流电压为： im g R V RR R V 隔直电容隔直电容CcCc数值很大，可认为它数值很大，可认为它 对调制频率对调制频率交流短路，电路达交流短路，电路达 到稳态时，其两端电压到稳态时，其两端电压V VC CV Vimim。 V i m（1-m） V i m ttmVv oimi cos)cos1( V R )tcosm1(Vim ttmVv oimi cos)cos1( ttmVv oimi cos)cos1( )tcosm1(Vim )tcosm1(Vim V R V R V R V R V

13、 R 负峰切割失真的现象负峰切割失真的现象 对于二极管来说，对于二极管来说，VR是是 反偏压，它有可能阻止二极反偏压，它有可能阻止二极 管导通，从而产生失真。管导通，从而产生失真。 Vim O v VR maVim 负峰切割失真波形负峰切割失真波形 为了避免底部切割失真，调幅为了避免底部切割失真，调幅 波的最小幅度波的最小幅度Vim(1ma)必须大于必须大于VR im g aim V RR R )m1 (V R R R R/R RR R m g g g a 即：即： 产生产生负峰切割失真负峰切割失真原因原因: 不产生失真的条件不产生失真的条件: + + v C + R Rg VC Cc vi

14、D )1 ( aim mV 21 R 10 1 5 1 R 680 10k R4 C320 82k R3 6V 中放级 中放末线回路 至低放 D 2AP9 5100p C1 R1 C2 R2 4.7k Cd + 30 5100p R5C4 C5 实际电路中，为防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法，实际电路中，为防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法， 即将即将R R分为分为R R1 1和和R R2 2两部分，如图所示，通常选用两部分，如图所示，通常选用 D D选用点接触型锗二极管选用点接触型锗二极管2AP92AP9（R RD D 100100 ），），R R1=6801=680 ，R R2=

15、4.7k2=4.7k R R4 4C C3 3构成低通滤波器。构成低通滤波器。C C3 3上仅有直流电压，它与输入载波成正比，并加到上仅有直流电压，它与输入载波成正比，并加到 中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。如果输入信号强，中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。如果输入信号强，C C3 3上直上直 流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器输出电压下降。流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器输出电压下降。 为了更好地滤波，也将负载为了更好地滤波，也将负载 电容分成电容分成C C1 1和和C C2 2两部分。两部分。 . 非线性失真非线性失真 频率失真频率失真

16、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。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。 这种失真是由于耦合电容这种失真是由于耦合电容C Cc c和滤波电容和滤波电容C C所引起的。所引起的。 Cc的存在主要影响检波的下限频率的存在主要影响检波的下限频率 min。 为使频率为为使频率为 min时，时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，上的电压降不大，不产生频率失真， 必须满足下列条件：必须满足下列条件： g cmin R C 1 gmin c R 1 C 或或 电容电容C的容抗应在上限频率的容抗应在上限频率 max时，不产生旁路作用，即它时，不产生旁路作用，即它 应满足下列条

17、件：应满足下列条件： R C 1 max 或或 R C max 1 一般一般Cc约为几约为几 F，C约为约为0.01 F。 ( (用失真系数用失真系数K Kf f表示表示) ) 低 通 滤波器 包 络 检波器 vs vt v i vs vt v v (a)(b) 抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不 直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又 因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另 加一个与发射载波同频同相并

18、保持同步变化的参考信号，此加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号，此 参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率 变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。 同步检波有两种实现电路同步检波有两种实现电路: 同步检波电路同步检波电路 乘积检波电路 非线性 器件 低通 滤波器 包络检波器 vs v1 v0 同步检波实现模型同步检波实现模型 其原理电路见右其原理电路见右 + v r D C RL + v0 + vs 同步检波原理电路同步检波原理电路 设输入信号为抑制载波的双边

19、带设输入信号为抑制载波的双边带 tcostcosV 0sms v 本地振荡信号本地振荡信号 tcosV 0rmr v 则它们的合成信号则它们的合成信号 tcostcos V V 1V 0 rm s rmrs vvv 故当故当 smrm VV1 V V m rm sm a 时时 因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。 包络检波器构成同步检波电路包络检波器构成同步检波电路 tcostcosV 111 v )tcos(V 000 v 0 1 10 )tcos() tcost(cosVV 11012 t )2cos(VV 4 1 tcoscosVV 2

20、 1 10101 t )2cos(VV 4 1 101 1 2 tcoscosVV 2 1 01 v 已调波为载波分量被抑止的双边带信号已调波为载波分量被抑止的双边带信号 准确地等于输入信号载波的角频率准确地等于输入信号载波的角频率 即即 但二者的相位可能不同；这里但二者的相位可能不同；这里 表示它们的相位差。表示它们的相位差。 这时相乘输出（假定相乘器传输系数为这时相乘输出（假定相乘器传输系数为1 1） 低通滤波器滤除低通滤波器滤除 附近的频率分量后，就得到频率为附近的频率分量后，就得到频率为 的低频信号，的低频信号， 本地载波电压本地载波电压 本地载波的角频率本地载波的角频率 乘积检波电路

21、乘积检波电路 O 电压振幅 输入双边带 1- 1+ v0 O O 波振幅 本地载 0 v2 O O 电压振幅 相乘后 21-21+ v O O 压振幅 低频电 x 低通低通 cos 0 由式可见，低频信号的输出幅度与由式可见，低频信号的输出幅度与 成正比。当成正比。当 低频信号电压最大，随着相位差低频信号电压最大，随着相位差 加大，输出电压减弱。加大，输出电压减弱。 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，乘积检波称为外，希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为“同步检波同步检波”。 乘积检波

22、也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是 加强了输入信号中的载波分量。加强了输入信号中的载波分量。 由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振 荡信号，才能完全恢复原调制信号。荡信号，才能完全恢复原调制信号。 时，时， 产生本地振荡信号的方法：产生本地振荡信号的方法： （1 1）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器 的频率和相位与发送端一致。的频率和相位与发送端一致。 （2 2）对于双边带调制来说，可以从

23、双边带调制信号中提取所需）对于双边带调制来说，可以从双边带调制信号中提取所需 的同频同相的载波信号作本地振荡信号。的同频同相的载波信号作本地振荡信号。 对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载 波信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度波信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度 抑制的载波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控抑制的载波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控 制本机振荡信号使其同步中。制本机振荡信号使其同步中。 （3 3）采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波。）采用锁相方法从抑

24、制载波的信号中提取载波。 ttVt ii0 coscos)(，通过平方律运算器，输出电压为，通过平方律运算器，输出电压为 tKVkV ii0 2222 1 coscos ttKVim 0 22 2cos 2 1 2 1 cos 式中的式中的K K为系数。经中心频率为为系数。经中心频率为 0 2的带通滤波器取出的带通滤波器取出 0 2 分量，而后由二分频器将其变换为分量，而后由二分频器将其变换为 0 ，最后由中心角频率为，最后由中心角频率为 0 的带通滤波器进一步滤除无用分量，并将取出的的带通滤波器进一步滤除无用分量，并将取出的 0 分量进行放大，就可作为所需的同频同相参考信号。分量进行放大，就可作为所需的