高频说明书刘慧珍

1、高频电子线路课程设计目 录 前言11包络检波器原理21.1 原理框图 21.2 原理电路.22包络检波器电路设计52.1 实验电路参数计算52.2包络检波器器设计电路53包络检波器电路的仿真63.1 multisim软件简介63.2软件界面介绍83.3包络检波器的仿真123.4传输系数的计算154.包络检波器的实现与分析164.1惰性失真的分析164.2底部切割失真的分析165 心得体会18 参考文献19前 言检波（detection）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；对调频波来说，是从它的频率变化提取调制信

2、号的过程；对调相波来说，是从它的相位变化提取调制信号的过程。  狭义的检波是指从调幅波的包络提取调制信号的过程。因此，有时把这种检波称为包络检波或幅度检波。这种检波的原理：先让调幅波经过检波器（通常是晶体二极管），从而得到依调幅波包络变化的脉动电流，再经过一个低通滤波器滤去高频成分，就得到反映调幅波包络的调制信号。 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。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，

3、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。目前应用最广的是二极管包络检波器，而在集成电路中，主要采用三极管射极包络检波器。 工程实际中，有一类信号叫做调幅波信号（AM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。 二极管检波

4、原理:调幅波信号是二极管检波电路的输入，由于二极管只允许单向导电，所以，如果使用的是硅管，则只有电压高于0.7V的部分可以通过二极管。同时，由于二极管的输出端连接了一个电容，这个电容与电阻配合对二极管输出中的高频信号对地短路，使得输出信号基本上就是AM信号包络线。电容和电阻构成的这种电路功能叫做滤波。 课程设计作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 另一方面也可使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型高频电子线路的方法

5、，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。1 包络检波器原理1.1原理框图 包络检波主要用于普通调幅信号的解调，主要由二极管和低通滤波器组成原理框图如下 图1-1 包络检波器原理框图 因 uAM经由非线性器件后输出电流中含有能线性反映输入信号包络变化规律的音频信号分量（即反映调制信号变化规律）。所以包络检波仅适用于标准调制波的解调。此电路不需要加同步信号，电路显得比较简单。条幅波的波形及频谱如下：图1-2 调幅波的波形及频谱1.2 原理电路 包络检波电路的组成：输入电路、二极管VD、RC低

6、通滤波器，如下：图1-3 包络检波电路图1-4 包络检波等效电路（1） VD起整流作用（2） C起高频滤波作用（3） R作为检波器的低频负载在其两端输出已恢复的调制信号RC低通滤波电路有两个作用： 对低频调制信号uW来说，电容C的容抗相当大，电容C相当于开路，电阻R就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压 对高频载波信号cu来说，电容C的容抗特别小，电容C相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。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

7、所示图1-5 包络检波这个电压建立后，通过信号源电路，又反向的加到二极管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。如上图t1到t2的时间为二极管导通的时间，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大量。如图中t2至t3时间为二极管截止（如图1-6）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

8、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。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设“包络检波器的设计与实现” 图1-72 包络检波器电路设计2.1实验电路参数计算电压传输系数 由于输入大信号，检波器工作在大信号状态，二极管的伏安特性可用折线近似。考虑输入为等幅波，采用理想的高频滤波，并以通过原点的折线表示二极管特性（忽略二极管的导通电压VP），则，, 为导通角。是周期性余弦脉冲，其平均分量为基频分量为式中，为电流分解系数，我们可以得出，就是检波系数。2.2包络检波设计电路 根据包络检波器的工作原理

9、可以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，其原理图如图2-1所示图2-1包络检波器设计电路3 包络检波器的仿真3.1multisim软件简介Multisim应用中是Interctive Technologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中比较广泛。该软件以图形界面为主，采用菜单栏、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟练程度自如使用。尤其是多种可以放置到设计电路中的虚拟仪表，使电路的仿真分析与分析方法做简单的介绍。功能：（1）直观的图形界面整个操作界面就像一个电子实验

10、工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；（2）丰富的元器件提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。（3）强大的仿真能力workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。（4）丰富的测试仪器提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量：&

11、#160;  Multimeter(万用表) Function Generatoer(函数信号发生器) Wattmeter(瓦特表) Oscilloscope(示波器) Bode Plotter(波特仪) Word Generator(字符发生器 Logic Analyzer(逻辑分析仪) Logic Converter(逻辑转换仪) Distortion Analyer(失真度仪) Spectrum Analyze

12、r(频谱仪) Network Analyzer(网络分析仪) Measurement Pribe(测量探针) Four Channel Oscilloscope(四踪示波器) Frequency Counter(频率计数器) IV Analyzer(伏安特性分析仪) Agilent Simulated Instruments(安捷伦仿真仪器) Agilent Oscilloscope(安捷伦示波器) Tektronix

13、0;Simulated Oscilloscope(泰克仿真示波器) Voltmeter(伏特表) Ammeter(安培表) Current Probe(电流探针) Lab VIEW Instrument(Lab VIEW仪器)  这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabVIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。（5）完备的分析手段Multisimt提供了许多分析功能： 

14、DC Operating Point Analysis（直流工作点分析 ） AC Analysis（交流分析） Transient Analysis（瞬态分析） Fourier Analysis（傅里叶分析） Noise Analysis（噪声分析） Distortion Analysis（失真度分析） DC Sweep Analysis（直流扫描分析） DC and AC Sensit

15、vity Analysis（直流和交流灵敏度分析） Parameter Sweep Analysis（参数扫描分析） Temperature Sweep Analysis（温度扫描分析） Transfer Function Analysis（传输函数分析） Worst Case Analysis（最差情况分析） Pole Zero Analysis（零级分析） Monte Carlo Analysis（蒙特

16、卡罗分析） Trace Width Analysis（线宽分析） Nested Sweep Analysis（嵌套扫描分析） Batched Analysis（批处理分析） User Defined Analysis（用户自定义分析）     它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。集成LabVIEW和Signalexpress快速进行原型开发和测试设计，具有

17、符合行业标准的交互式测量和分析功能；（6）独特的射频模块提供基本射频电路的设计、分析和仿真。射频模块由RF-specific（射频特殊元件，包括自定义的RF SPICE模型）、用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器、两个RF-specific仪器（Spectrum Analyzer频谱分析仪和Network Analyzer网络分析仪）、一些RF-specific分析（电路特性、匹配网络单元、噪声系数）等组成；（7）强大的MCU模块支持4种类型的单片机芯片,支持对外部RAM、外部ROM、键盘和LCD等外围设备的仿真，分别对4 种类型芯片提供汇编和编译支

18、持；所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码,并兼容第三方工具源代码； 包含设置断点、编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。 学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。3.2 软件界面介绍 操作命令下拉菜单 操作快捷键图3-1 multisim软件界面界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗

19、口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。（1）菜单栏菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。（2）工具栏Multisim 10 提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏，Simulation工具栏。Standard

20、工具栏包含了常见的文件操作和编辑操作，如下图所示：Design工具栏作为设计工具栏是Multisim的核心工具栏，通过对该工作栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作，其中的按钮可以直接开关下层的工具栏：Component中的Multisim Master工具栏，Instrument工具栏。作为元器件（Component）工具栏中的一项，可以在Design工具栏中通过按钮来开关Multisim Master工具栏。该工具栏有14个按钮，每个每一个按钮都对应一类元器件，其分类方式和Multisim元器件数据库中的分类相对应，通过按钮上图标就可大致清楚该类元器件的类型。具体的内容可以从Mu

21、ltisim的在线文档中获取。这个工具栏作为元器件的顶层工具栏，每一个按钮又可以开关下层的工具栏，下层工具栏是对该类元器件更细致的分类工具栏。以第一个按钮为例。通过这个按钮可以开关电源和信号源类的Sources工具栏如下图所示：Instruments工具栏集中了Multisim为用户提供的所有虚拟仪器仪表，用户可以通过按钮选择自己需要的仪器对电路进行观测。用户可以通过Zoom工具栏方便地调整所编辑电路的视图大小。Simulation工具栏可以控制电路仿真的开始、结束和暂停。（3）Multisim基本操作文件基本操作 与Windows常用的文件操作一样，Multisim10 中也有：New-新建

22、文件、Open-打开文件、Save-保存文件、Save As-另存文件、Print-打印文件、Print Setup-打印设置和Exit-退出等相关的文件操作。以上这些操作可以在菜单栏File子菜单下选择命令，也可以应用快捷键或工具栏的图标进行快捷操作。 元器件基本操作常用的元器件编辑功能有：90 Clockwise-顺时针旋转90°、90 CounterCW-逆时针旋转90°、Flip Horizontal-水平翻转、Flip Vertical-垂直翻转、Component Properties-元件属性等。这些操作可以在菜单栏Edit子菜单下选择命令，也可以应用快捷键进

23、行快捷操作。取用元器件:取用元器件的方法有两种：从工具栏取用或从菜单取用。下面将以74LS00为例说明两种方法。从工具栏取用：Design工具栏?Multisim Master工具栏?TTL工具栏74LS按钮从TTL工具栏中选择74LS按钮打开这类器件的Component Browser窗口，如下图所示。其中包含的字段有Database name（元器件数据库），Component Family（元器件类型列表），Component Name List（元器件名细表），Manufacture Names（生产厂家），Model Level-ID（模型层次）等内容。从菜单取用：通过Place/

24、Place Component命令打开Component Browser窗口。该窗口与上图一样。选中相应的元器件在Component Family Name中选择74LS系列，在Component Name List中选择74LS00。单击OK按钮就可以选中74LS00，出现如下备选窗口。7400是四/二输入与非门，在窗口种的Section A/B/C/D分别代表其中的一个与非门，用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中，如左图所示。器件在电路图中显示的图形符号，用户可以在上面的Component Browser中的Symbol选项框中预览到。当器件放置到电路编辑窗口中后，用户就可以进行移动

25、、复制、粘贴等编辑工作了，在此不再详述。将元器件连接成电路:在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以方便地将器件连接起来。方法是：用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。在Multisim中连线的起点和终点不能悬空。 文本基本编辑 对文字注释方式有两种：直接在电路工作区输入文字或者在文本描述框输入文字，两种操作方式有所不同。 电路工作区输入文字 单击Place / Text命令或使用Ctrl+T快捷操作，然后用鼠标单击需要输入文字的位置，输入需要的文字。用鼠标指向文字块，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择Color命令，选择需要的颜色。双击文字块，可以随时修改输入的文字。 文本

26、描述框输入文字 利用文本描述框输入文字不占用电路窗口，可以对电路的功能、 实用说明等进行详细的说明，可以根据需要修改文字的大小和字体。单击View/ Circuit Description Box命令或使用快捷操作Ctrl+D ，打开电路文本描述框，在其中输入需要说明的文字，可以保存和打印输入的文本。 图纸标题栏编辑 单击Place / Title Block命令，在打开对话框的查找范围处指向Multisim / Titleblocks目录，在该目录下选择一个*.tb7图纸标题栏文件，放在电路工作区。 用鼠标指向文字块，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择Modify Title Block Da

27、ta命令。如下图所示： 子电路创建 子电路是用户自己建立的一种单元电路。将子电路存放在用户器件库中，可以反复调用并使用子电路。利用子电路可使复杂系统的设计模块化、层次化，可增加设计电路的可读性、提高设计效率、缩短电路周期。创建子电路的工作需要以下几个步骤：选择、创建、调用、修改 。子电路选择: 把需要创建的电路放到电子工作平台的电路窗口上，按住鼠标左键，拖动，选定电路。被选择电路的部分由周围的方框标示，完成子电路的选择。子电路创建：单击Place/Replace by Subcircuit命令，在屏幕出现Subcircuit Name的对话框中输入子电路名称sub1 ，单点OK，选择电路复制到

28、用户器件库，同时给出子电路图标，完成子电路的创建。子电路调用：单击Place/Subcircuit命令或使用Ctrl+B快捷操作，输入已创建的子电路名称sub1，即可使用该子电路。子电路修改：双击子电路模块，在出现的对话框中单击Edit Subcircuit命令，屏幕显示子电路的电路图，直接修改该电路图。子电路的输入/输出：为了能对子电路进行外部连接，需要对子电路添加输入/输出。单击Place / HB/SB Connecter命令或使用Ctrl+I快捷操作，屏幕上出现输入/输出符号，将其与子电路的输入/输出信号端进行连接。带有输入/输出符号的子电路才能与外电路连接。3.3 包络检波的仿真 电

29、路仿真图图3-2 电路仿真图如果将仿真原理图中的开关A, C闭合，打开仿真按钮，输入信号高频载波频率为200KHZ，调制信号的频率为1kHZ，RC低通滤波器中R为1.5K,C为100nF，当C和R匹配时，输出电压波形不会失真，此时二极管包络检波后的波形如图图3-3 包络不失真仿真图此时输出的为正弦波，输出的波形不失真，与实验要求相符如果将仿真原理图开关B,C闭合，打开仿真按钮，此时二极管包络检波后的波形，如图图3-4 惰性失真图此时输出波形呈锯齿状变换，输出发生失真，为惰性失真，与实验要求相符如果将仿真原理图中的开关A,D闭合，再将滑动变阻器旋钮移到100%，即使电路接电阻最大，打开仿真按钮，

30、观察示波器，可得到二极管包络检波后的波形，如下图图3-5 底部切割失真此时发现输出的正弦波底部被切割了一部分，输出发生了失真，为底部切割失真，与实验要求相符。再次旋动滑动变阻器到75%，观察示波器，看到输出波形如下图图3-6 底部切割失真发现输出的正弦波底部也被切割了一部分，发生了失真，为底部切割失真，与实验要求相符，。与图3-5相比，3-6切割的更多，即失真变大。继续旋动滑动变阻器到50%，观察示波器，看到输出的波形如下图图3-7 底部切割失真发现输出的正弦波底部也被切割了一部分，发生了失真，为底部切割失真，与实验要求相符，与图3-5与图3-6相比，发现图3-7 切割的更多，即失真更大。结论

31、：滑动变阻器接入电阻越小越容易发生切割失真，即失真越明显。3.4 传输系数的计算 检波器传输系数或称为检波系数、检波效率,是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。 当检波电路的输入信号为高频等幅波时, 定义为输出直流电压与输入高频电压振幅的比值，即当输入高频调幅波时，定义为输出低频信号分量的振幅与输入高频调幅波包络变化的振幅的比值，即 由图知 4包络检波器的实现与分析4.1检波器的惰性失真 一般为了提高检波效率和滤波效果,(C越大,高频波纹越小),总希望选取较大的R,C值，但如果取值过大，使R,C的放电时间常

32、数RCt=所对应的放电速度小于输入信号(AM)包络下降速度时，会造成输出波形不随输入信号包络而变化， 从而产生失真，这种失真是由于电容放电惰性引起的，故称为惰性失真。图4-1 输入与输出关系图原因: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,从而产生失真。 （电容C两端电压通过R放电的速度太慢） 输入AM信号包络的变化率>RC放电的速率 改进措施：为避免产生惰性失真,必须在任何一个高频周期内,使电容C通过R放电的速度大于或等于包络下降速度。 避免产生惰性失真的条件：

33、60;任何时刻，电容C上电压的变化率应大于或等于包络信号的变化率，得出不失真条件4.2检波器的底部切割失真  原因：一般为了取出低频调制信号，检波器与后级低频放大器的连接如图所示，为能有效地传输检波后的低频调制信号，要求：图4-2 包络信号输出原理通常取值较大(一般为510F)，在两端的直流电压，大小近似等于载波电压振幅  经R和分压后在R上产生的直流电压为由于对检波二极管VD来说相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。  在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于, 当 二极管截止，检波输出信号不跟随输入调幅波包络的变化而产生失