二极管大信号检波器

1、9.5 二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器 大信号包络检波是高频输入信号的振幅大于大信号包络检波是高频输入信号的振幅大于0.5伏伏时，利用二极管对电容时，利用二极管对电容C充电充电,加反向电压时截止，加反向电压时截止，电容电容C上电压对电阻上电压对电阻R放电这一特性实现检波的。放电这一特性实现检波的。因为信号振幅较大，且二极管工作于导通和截止因为信号振幅较大，且二极管工作于导通和截止两种状态，分析方法可采用折线分析法。两种状态，分析方法可采用折线分析法。9.5.1 大信号包络检波的工作原理大信号包络检波的工作原理 图图922 二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器 图图922(a)

2、是二极管峰值包络检波器的原理电路。是二极管峰值包络检波器的原理电路。它是由输入回路、二极管它是由输入回路、二极管VD和和RC低通滤波器组低通滤波器组成。成。 (9-48)式中，式中，c为输入信号的载频，在超外差接收机中为输入信号的载频，在超外差接收机中则为中频则为中频I；为调制信号频率。在理想情况下，为调制信号频率。在理想情况下，由于电容由于电容C在高频时可视为短路，在低频时可视在高频时可视为短路，在低频时可视为开路，所以为开路，所以RC网络的阻抗网络的阻抗Z应为应为 (9-49)图图923 加入等幅波时检波器的工作过程加入等幅波时检波器的工作过程 当加入等幅波时检波器的工作过程如图当加入等幅

3、波时检波器的工作过程如图922(b)、(c)所示。所示。 从这个过程可以得出下列几点：从这个过程可以得出下列几点：(1)检波过程就是信号源通过二极管给电容充电和检波过程就是信号源通过二极管给电容充电和电容对电阻电容对电阻R放电的过程。放电的过程。(2)由于电容充电时间常数由于电容充电时间常数rdC远小于电容放电的时远小于电容放电的时间常数间常数RC，使得电容上的电压接近于高频正弦，使得电容上的电压接近于高频正弦波的峰值电压，所以叫波的峰值电压，所以叫二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器。 (3)二极管电流二极管电流iD包含直流分量包含直流分量Iav及高频分量。及高频分量。 图图924 检波

4、器的电流电压波形检波器的电流电压波形 图图925 输入为输入为AM信号时信号时,检波器二极管的电压检波器二极管的电压及电流波形及电流波形图图926 包络检波器的电路包络检波器的电路 9.5.2 大信号检波电路的分析大信号检波电路的分析 二极管检波器是工作于非线性状态，输出电压二极管检波器是工作于非线性状态，输出电压由滤波电容通过充放电建立，而输出电压全部反由滤波电容通过充放电建立，而输出电压全部反馈到二极管两端，因此，要对其进行严格的数学馈到二极管两端，因此，要对其进行严格的数学分析就只能解非线性微分方程，这是较复杂的。分析就只能解非线性微分方程，这是较复杂的。通常只对其稳定状态做工程近似分析

5、。通常只对其稳定状态做工程近似分析。图图9-27 大信号检波原理图大信号检波原理图由电路图由电路图9-27可知，二极管两端所加电压可知，二极管两端所加电压 则则 （9-50）对应的二极管电流对应的二极管电流id为一重复频率为一重复频率 i 的周期余弦脉的周期余弦脉冲，其通角为冲，其通角为 ，振幅最大值为，振幅最大值为IDmax 。当当 uDUbz时，时， （9-51）在在 Ubz=0， 的条件下，通角的条件下，通角 近与检波器的电近与检波器的电路参数路参数rd和和R有关。也就是说，在检波器电路确有关。也就是说，在检波器电路确定之后，无论输入高频等幅波还是调幅波，其通定之后，无论输入高频等幅波还

6、是调幅波，其通角角 保持不变。而保持不变。而 Ubz=0的条件，可以采用给检的条件，可以采用给检波电路加固定偏压的方法来获得，如图波电路加固定偏压的方法来获得，如图9-28所示：所示：图图9-28 加固定偏压的检波电路加固定偏压的检波电路9.5.3 大信号检波器的技术指标大信号检波器的技术指标1.电压传输系数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高频滤波，并以通过原点的折线表示二极管特

7、性(忽略忽略二极管的导通电压二极管的导通电压VP)，则，则 (9-52) （9-53）gD=1/rd， 为流通角，为流通角，iD是周期性余弦脉冲是周期性余弦脉冲, (9-54)由此可见，检波器电压传输系数由此可见，检波器电压传输系数Kd是检波器电流是检波器电流iD的通角的通角 的函数，求出的函数，求出 后，就可得后，就可得Kd。2. 流通角流通角 二极管电流二极管电流iD为一重复频率为一重复频率 i 的周期余弦脉冲，其通角为的周期余弦脉冲，其通角为 ，振幅最大值为，振幅最大值为IDmax 由（由（9-53）式，）式， (9-55)其平均分量其平均分量I0为为 (9-56)基频分量为基频分量为

8、(9-57)式中式中,0()、1()为电流分解系数。为电流分解系数。可得可得 的近似表达式如下：的近似表达式如下： (9-58)此处的此处的R为检波器负载，为检波器负载，gD为检波器内电导。为检波器内电导。3. 等效输入电阻等效输入电阻Rid检波器的输入阻抗包括输入电阻检波器的输入阻抗包括输入电阻Ri及输入电容及输入电容Ci。输入电阻是输入载波电压的振幅输入电阻是输入载波电压的振幅Um与检波器电与检波器电流的基频分量振幅流的基频分量振幅I1之比值，即之比值，即 （9-59） 输入电阻是前级的负载，它直接并入输入回路，输入电阻是前级的负载，它直接并入输入回路，影响着回路的有效影响着回路的有效Q值

9、及回路阻抗。值及回路阻抗。由功率关系可得：由功率关系可得：即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。半。4.失真失真检波器实现对调幅信号进行解调，为了取出原调检波器实现对调幅信号进行解调，为了取出原调制频率制频率，通过耦合电容，通过耦合电容CC与下级输出电阻与下级输出电阻RL相连接。如图相连接。如图9-29所示：所示：图图9-29 大信号包络检波器电路大信号包络检波器电路检波电路的失真分为检波电路的失真分为频率失真频率失真、非线性失真非线性失真、惰惰性失真性失真和和负峰切割失真负峰切割失真。(1)频率失真：频率失真：由容抗对不同频率的信号的传输不同

10、而引起的失由容抗对不同频率的信号的传输不同而引起的失真真,又叫线性失真。又叫线性失真。包络检波器输入信号是调制频率为包络检波器输入信号是调制频率为minmax的调的调幅波，而低通滤波器幅波，而低通滤波器RC具有一定的频率特性，具有一定的频率特性，电容电容C的主要作用是滤除调幅波中的载波频率分的主要作用是滤除调幅波中的载波频率分量，为此应满足量，为此应满足 1/( iC)R （9-61）同样为了不因其频率失真，应使耦合电容同样为了不因其频率失真，应使耦合电容CC对于对于下限频率下限频率min 的电压降很小，必须满足的电压降很小，必须满足 1/(minCC)RL （9-62）(2) 非线性失真非线

11、性失真二极管的伏安特性是弯曲的，就伏安特性来说，二极管的伏安特性是弯曲的，就伏安特性来说，在电压较小时，电流变化较慢；在电压较大时，在电压较小时，电流变化较慢；在电压较大时，电流增加得快。这样，当检波器输入为调幅波时，电流增加得快。这样，当检波器输入为调幅波时，在调幅波包络的正半周，单位输入电压引起的电在调幅波包络的正半周，单位输入电压引起的电流变化大，检波输出电压大，而在调幅包络的负流变化大，检波输出电压大，而在调幅包络的负半周，二极管电流变化的速度慢，单位输入电压半周，二极管电流变化的速度慢，单位输入电压引起的电流变化小，检波输出电压小，这样就造引起的电流变化小，检波输出电压小，这样就造成

12、了检波器输出电压正、负半周不对称。这种波成了检波器输出电压正、负半周不对称。这种波形的不对称是二极管伏安特性非线性引起。形的不对称是二极管伏安特性非线性引起。(3)惰性失真惰性失真 在二极管截止期间，电容在二极管截止期间，电容C两端电压下降的速度两端电压下降的速度取决于时间常数取决于时间常数RC。当时间常数。当时间常数RC较大时，电较大时，电容容C两端电压下降较慢，形成如图两端电压下降较慢，形成如图9-30所示的对所示的对角切割，形成惰性失真。角切割，形成惰性失真。 图图9-30 惰性失真惰性失真为了避免产生惰性失真，必须使电容为了避免产生惰性失真，必须使电容C通过通过R放电放电的速率大于或等

13、于包络的下降速率，即的速率大于或等于包络的下降速率，即 (9-63)如果输入信号为单音调制的如果输入信号为单音调制的AM波，其包络波，其包络UC=Um(1+mcost)的变化速率为的变化速率为 (9-64)又又电容两端电压近似为输入电压包络值，即电容两端电压近似为输入电压包络值，即UC=uo= Um(1+mcost)。 (9-65)求导法：令求导法：令 (9-66)由式由式(9-66)式，为避免产生惰性失真，式，为避免产生惰性失真，须保证须保证A值最大时，仍有值最大时，仍有Amax1。故令。故令dAdt=0,得得 (9-67)代入式代入式(965)，得出不失真条件如下：，得出不失真条件如下： (9-68)(4)负峰切削失真负峰切削失真负峰切削失真又称底部切削失真。产生这种失真负峰切削失真又称底部切削失真。产生这种失真后，输出电压的波形如图后，输出电压的波形如图931(c)所示。所示。 因为耦合电容因为耦合电容Cc较大，在音频一周内，其两端的较大，在音频一周内，其两端的直流电压基本不变，其大小约为载波振幅值直流电压基本不变，其大小约为载波振幅值UC，可以把它看作一直流电源。它在电阻可以把它看作一直流电源。它在电阻R和和Rg上产上产生分压。在电阻生分压。在电阻R上的压降为上的压