第15讲高频-包络检波课件

1、 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调1检波方式：检波方式：1. 1. 峰值包络检波峰值包络检波2. 2. 平方律检波平方律检波3. 3. 平均值包络检波平均值包络检波4. 4. 同步检波同步检波解调解调AM波波解调解调AM, DSB, SSB波波请一班5位同学:实现图5-33电路仿真请二班5位同学:实现图5-34电路仿真请三班5位同学:实现图5-43电路仿真请四班5位同学:实现图5-44电路仿真请五班5位同学:实现图5-49电路仿真 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调2包络检波器

2、的工作原理包络检波器的工作原理包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标5.5.2 二极管峰值包络检波旧版：第旧版：第6 6章章 .2 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调3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峰值包络检波器的工作原理 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调4tVsVo包络检波器的工作原理电路组成二极管VDRC低通滤波器C+v

3、WRL+充电放电iDvi串联型二极管包络检波器 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调5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 uCU1U2uiU3uCU4tUAUB0通断断通(a)(b)(c)t00 0tUouoiDUav0iDgDuDuDUottiD0iDmax(a)(b)检波器稳态时的电流电压波形检波器稳态时的电流电压波形 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调6ZL+- -uiVDRC+- -uiRui+- -CRdRC低通滤波电路有两个作用：低通滤波电路有两个

4、作用： 对低频调制信号对低频调制信号u来说，电容来说，电容C的的容抗容抗 ，电容，电容C相当于开路，电阻相当于开路，电阻R就作为检波器的负载，其两端产生输就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压出低频解调电压 RCW1 对高频载波信号对高频载波信号uc来说，电容来说，电容C的容抗的容抗 ，电容，电容C相当于相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。 RC c1理想情况下，理想情况下，RC低通滤波网络所呈现的阻抗为低通滤波网络所呈现的阻抗为: : RZZZ)(0)()(cLW 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022

5、11:41 PM第5章 振幅调制与解调763L65L10101021(1kHz)Z10101021(100kHz)Z 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调8电压传输系数（检波效率）输入电阻失真包络检波器的质量指标 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调91) 电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)im0imd VVVmVKamW输输入入已已调调波波包包络络振振幅幅输输出出低低频频交交流流电电压压振振幅幅定义：定义：Kd越大越好越大越好, Kd1包络检波器的质量指标 第十五讲第十五

6、讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调101) 电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)vDi D-vCVim 用分析高频功放的折线用分析高频功放的折线近似分析法可以证明近似分析法可以证明cosdK其中，其中，是二极管电流通是二极管电流通角，角，L为检波器负载电阻，为检波器负载电阻，d为检波器内阻。为检波器内阻。 33dLRR包络检波器的质量指标 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调112) 等效输入电阻等效输入电阻 考虑到包络检波电路一般作为谐振回路的负载，它势必考虑到包络检波电路一般作为谐振

7、回路的负载，它势必影响回路选频特性（影响回路选频特性（Q），下面分析其等效电阻），下面分析其等效电阻imimidIVR 其中，其中，Vim是输入高频电压振幅，是输入高频电压振幅， Iim是输入高频电流振幅。是输入高频电流振幅。包络检波器的质量指标 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调122) 等效输入电阻等效输入电阻 载波功率近似等于输出功率载波功率近似等于输出功率LiimRVRV20220VVimLiRR21即有即有，而，而Vo要求：输入阻抗要高包络检波器的质量指标 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM

8、第5章 振幅调制与解调133) 失真失真惰性失真惰性失真包络检波器的质量指标负峰切割失真负峰切割失真VimOvWVRmaVim 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调14 如果检波电路的时间常数RC太大，当调幅波包络朝较低值变化时，电容上的电荷来不及释放以跟踪其变化，所造成的失真称作惰性失真。 惰性失真(对角线切割失真)包络检波器的质量指标 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调15 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) )ttmUtccoscos1)(asmsmWvtm

9、UtUsmWcos1)(asm调幅波包络调幅波包络:1asmsind)(dU1tUmttsmttWWt1时刻包络变化率时刻包络变化率:放电速率：放电速率：1asm1CCCcos1)(d)(d1tmRCURCtCittttWvv为避免失真条件：为避免失真条件：11d)(dd)(dsmCttttttUttvttCiddCC)(v电容放电电容放电RitCC)(v 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调16 惰性失真惰性失真( (对角线切割失真对角线切割失真) )避免失真条件：避免失真条件：1 sincos11)()(WWWtmtmCRdttdUd

10、ttdvAaaLsmc令：包络检波器的质量指标11d)(dd)(dsmCttttttUttv求求A最值，得到单音调制时不产生惰性失真的充要条件为：最值，得到单音调制时不产生惰性失真的充要条件为：aaLmmCRW21可见，可见，ma，越大，信号越大，信号包络变化越快，要求包络变化越快，要求RC的的值就应该越小。值就应该越小。 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调17 实际应用中，实际应用中，由于调制信号总占有一定的频带由于调制信号总占有一定的频带(minmax)，并且各频率分量所对应的调制系数，并且各频率分量所对应的调制系数ma也不相同，设

11、计检波器时，应该用最大调制度也不相同，设计检波器时，应该用最大调制度mmax和和最高调制频率最高调制频率max来检验有无惰性失真，其检验公式来检验有无惰性失真，其检验公式为为maxmax2max1mmRCW 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调18负峰切割失真负峰切割失真( (底边切割失真底边切割失真) )包络检波器的质量指标后级放大器后级放大器CRLRVDCdVimOvWVRmaVim 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调19)cos1(tmUaimW W Uim(1-ma)(2)

12、底部切割失真底部切割失真1) 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：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： Ui mRRRUULDCR UR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真。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真。当当 UR Uim(1-ma)ttmUucaimi cos)cos1(W W UR或或mindL1WCR mindL1W CR 通常通常Cd取值较大取值较大( (一般为一般为510F) )

13、，在在Cd两端的直流电压两端的直流电压UDC，大小近似等，大小近似等于载波电压振幅于载波电压振幅UDC=KdUim UDC经经R和和RL分压后在分压后在R上产生上产生的直流电压为：的直流电压为： 由于由于UR对对检波检波二极管二极管VD来说来说相当于一个反向偏置电压，会影相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。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在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于UR , 显然，显然，RL越小，越小，UR分压值越大，底部切分压值越大，底部切割割失真越容易产生；另外，失真越容易产生；另外，ma值越大，调幅波包络的振幅值越大，调幅波包络的振幅

14、maUim越大，调幅波包络的负峰值越大，调幅波包络的负峰值Uim(1- -ma)越小，底部切越小，底部切割割失真也越易产生。失真也越易产生。 后级放大器后级放大器ui+- -CRLRVDCd+UDC - -+- -UR+u(t)- - 要防止这种失真，必须要求调幅波要防止这种失真，必须要求调幅波包络的负峰值包络的负峰值Uim(1- -ma) 大于直流电大于直流电压压UR。即即RRRUmUimLaim)1( 避免底部切割失真的条件为：避免底部切割失真的条件为： RRRRRRRRmW W /LLLa式中，式中，R=RL/R为检波器输出为检波器输出端的交流负载电阻，而端的交流负载电阻，而R为直为直流

15、负载电阻。流负载电阻。 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调20 图(a)：常作为接收机的检波电路 电容Cd隔直作用，直流分量UDC被隔离，输出信号为解调恢复后的原调制信号u， 图(b)：常作为自动增益控制信号（AGC信号）的检测电路 电容C旁路作用，交流分量u(t)被电容C旁路，输出信号为直流分量UDC， 峰值包络检波器的应用型输出电路峰值包络检波器的应用型输出电路 +- -UDC（b）ui+- -CVDRRC+- -uoui+- -CVDRL+- -uRCd+UDC - -+- -uo（a） 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22

16、/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调21一般：一般： 1)/( idsscLRRCQ (1) 回路有载回路有载QL要大：要大：这应该从选择性及通频带的要求来考虑。cTRC (2) 为保证输出的高频纹波小为保证输出的高频纹波小要求：要求：cRC 1 即即 总结：总结： 检波器设计及元件参数的选择检波器设计及元件参数的选择 (3) 为了减少输出信号的频率失真（输出信号为一个低频限带信号）为了减少输出信号的频率失真（输出信号为一个低频限带信号）要求：要求： W W W W 不不影影响响下下限限频频率率不不影影响响上上限限频频率率ddLCCRCRCminmax11 min maxmaxm

17、ax2maxmm1RCW W (4) 为了避免惰性失真：要求：为了避免惰性失真：要求：LLRRRm RRRL/(5) 为了避免底部切割失真：为了避免底部切割失真：或或+- -u中放末级中放末级RidRLCVDRCsLsRsisCd 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调22作业作业: (新版新版:P196) 5-16 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调23 )cos()cos(.27ttvs1021026014例:如图大信号二极管包络检波器，二极管导通时电阻W 100DRWk 521

18、LLRR求开关断开时，(1)检波器的输入阻抗Ri,和电压传输系数Kd,检波器的输出电压V0的表达式。(2)为了不产生惰性失真，电容 C 的最大值。 (3)合上开关后， 为了不产生负峰切割失真，RL1至少应为多少?Wk 5gRsvCCCov1LR2LR习题5-16： 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调24解：(1) 86.32 573. 010510033333radRRLDWk 5 . 2)(2121LLiRRR840.cosdKttVKtvsmdo)102cos(6 . 0168. 1)()(421LLLRRR 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调25(2)aaLmmCRW21aLamRmCW2max1 pF 42466 . 01021056 . 01432 第十五讲第十五讲 包络检波包络检波3/22/2022 11:41 PM第5章 振幅调制与解调26(3) 5)5()5(/)(1