課程設計報告(包絡檢波器的設計和實現(xiàn))

1、 20132014學年 第一學期 高 頻 電 子 線 路 課程設計報告題 目： 包絡檢波器的設計與實現(xiàn) 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 11電信1班 姓 名： 錢葉輝 魏偉 俞俊明 孫葉林 曹凱 汪 盼 指導教師： 馮 鎖 電氣工程學院2013年12月12日20任務書課題名稱包絡檢波器的設計與實現(xiàn)指導教師（職稱）馮鎖 執(zhí)行時間20132014學年第一學期 第15 周學生姓名學號承擔任務錢葉輝1109121025原理電路圖的設計俞俊明1109121045用相關仿真軟件畫出電路圖孫葉林1109121029用相關仿真軟件對電路進行分析與測試魏 偉1109121037檢波器電壓傳輸系數(shù)計算曹 凱11

2、09121002用Multisim進行仿真和分析汪 盼1109121063撰寫課程設計報告設計內(nèi)容、要求1原理分析及電路圖設計2用相關仿真軟件畫出電路并對電路進行分析與測試(1)大信號峰值包絡檢波的觀察分析；(2)包絡檢波的惰性失真的觀察分析；(3)負峰切割失真的觀察分析；(4)觀察負峰切割失真是所用電阻為電位器，阻值不同時，失真情況分析；(5)檢波器電壓傳輸系數(shù)計算。摘 要調(diào)幅波的解調(diào)即是從調(diào)幅信號中取出調(diào)制信號的過程，通常稱為檢波。檢波廣義的檢波通常稱為解調(diào)，是調(diào)制的逆過程，即從已調(diào)波提取調(diào)制信號的過程。對調(diào)幅波來說是從它的振幅變化提取調(diào)制信號的過程；對調(diào)頻波 ，是從它的頻率變化提取調(diào)制信

3、號的過程；對調(diào)相波，是從它的相位變化提取調(diào)制信號的過程。工程實際中，有一類信號叫做調(diào)幅波信號，這是一種用低頻信號控制高頻信號幅度的特殊信號。為了把低頻信號取出來，需要專門的電路，叫做檢波電路。使用二極管可以組成最簡單的調(diào)幅波檢波電路。調(diào)幅波解調(diào)方法有二極管包絡檢波器、同步檢波器。目前應用最廣的是二極管包絡檢波器，不論哪種振幅調(diào)制信號，都可采用相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電路進行解調(diào)。但是， 普通調(diào)幅信號來說，它的載波分量被抑制掉，可以直接利用非線性器件實現(xiàn)相乘作用，得到所需的解調(diào)電壓，而不必另加同步信號，通常將這種振幅檢波器稱為包絡。為了生動直觀的分析檢波電路，利用了最新電子仿真軟件Mul

4、tisim11.0進行二極管包絡檢波虛擬實驗,Multisim具有組建電路快捷、波形生動直觀、實驗效果理想等優(yōu)點。計算機虛擬仿真作為高頻電子線路實驗的輔助手段,是一種很好的選擇,可以加深學生對一些抽象枯燥理論的理解,從而達到提高高頻電子線路課程教學質(zhì)量的目的。關鍵詞：調(diào)幅波； 包絡； 檢波電路目 錄第1章 設計目的及原理41.1設計目的和要求41.1設計原理4第2章 指標參數(shù)的計算72.1電壓傳輸系數(shù)的計算82.2參數(shù)的選擇設置8第3章 Multisim的仿真結(jié)果及分析11總 結(jié)16參 考 文 獻17答辯記錄及評分表18第1章 設計目的及原理1.1 設計目的和要求通過課程設計，使學生加強對高頻

5、電子技術電路的理解，學會查尋資料方案比較，以及設計計算等環(huán)節(jié)。進一步提高分析解決實際問題的能力，創(chuàng)造一個動腦動手獨立開展電路實驗的機會，鍛煉分析解決高頻電子電路問題的實際本領，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化；通過典型電路的設計與制作，加深對基本原理的了解，增強學生的實踐能力。要求：掌握串、并聯(lián)諧振回路及耦合回路、高頻小信號調(diào)諧放大器、高頻功率放大器、混頻器、幅度調(diào)制與解調(diào)、角度調(diào)制與解調(diào)的基本原理，實際電路設計及仿真。設計要求及主要指標：用檢波二極管設計一AM信號包絡檢波器，并且能夠?qū)崿F(xiàn)以下指標。l 輸入AM信號：載波頻率200kHz正弦波。l 調(diào)制信號：1KHz正弦波，幅度為2V，調(diào)制度

6、為40%。l 輸出信號：無明顯失真，幅度大于6V1.2 設計原理 調(diào)幅調(diào)制和解調(diào)在理論上包括了信號處理，模擬電子，高頻電子和通信原理等知識，涉及比較廣泛。包括了各種不同信息傳輸?shù)淖罨镜脑?，是大多?shù)設備發(fā)射與接收的基本部分。因為本次課題要求調(diào)制信號幅度大于1V，而輸出信號大于5，所以本課題設計需要運用放大電路。本次實驗采用二極管包絡檢波以及運算放大電路。在確定電路后。利用EAD軟件進行仿真來驗證設結(jié)果?？傇O計框圖如1-1：輸入信號à非線性器件à二極管包絡檢波器 à運放電路à輸出信號。 圖1-1總框圖二極管包絡檢波的工作原理：檢波原理電路圖如圖1-2圖

7、1-2檢波原理電路圖檢波的物理過程如下：在高頻信號電壓的正半周期，二極管正向?qū)ú﹄娙軨充電，由于二極管正向?qū)娮韬苄?，所以充電電流I很大，是電容的電壓Vc很快就接近高頻電壓峰值，充電電流方向如下圖1-3所示：圖1-3惰性失真原理圖這個電壓建立后，通過信號源電路，又反向地加到二極管D的兩端。這時二極管是否導通，由電容C上的電壓Vc和輸入電壓Vi共同決定。當高頻信號的瞬時值小于Vc時，二極管處于反向偏置，處于截止狀態(tài)。電容就會通過負載電阻R放電。由于放電時間常數(shù)RC遠大于調(diào)頻電壓周期，故放電很慢。當電容上的電壓下降不多時，調(diào)頻信號第二個正半周的電壓又超過二極管上的負壓，使二極管導通。如圖3中

8、t1到t2的時間為二極管導通（如圖1-4）的時間，在此時間內(nèi)又對電容充電，電容的電壓又迅速接近第二個高頻的最大量。如圖3中t2至t3時間為二極管截止（如圖1-5）的時間，在次時間內(nèi)電容又通過負載R放電。這樣不斷地反復循環(huán)。所以，只要充電很快，即充電時間常數(shù)RdC很小（Rd為二極管導通時的內(nèi)阻）而放電時間很慢即放電時間常數(shù)RC很大，就能使傳輸系數(shù)接近1。另外，由于正向?qū)щ姇r間很短，放電時間常數(shù)又遠大于高頻周期，所以輸出電壓Vc的起伏很小，可看成與高頻調(diào)幅波包絡基本一致，而高頻調(diào)幅波的包絡又與原調(diào)制信號的形狀相同，故輸出電壓Vc就是原來的調(diào)制信號，達到解調(diào)得目的。圖1-5 二極管截止圖1-4 二極

9、管導通圖1-6包絡檢波器工作原理根據(jù)上述二極管包絡檢波的工作原理可設計出符合本次課程設計“包絡檢波器的設計與實現(xiàn)”檢波器，其原理電路圖如圖1-7所示。 圖1-7 包絡檢波器電路圖第2章 包絡檢波器指標參數(shù)的計算2.1電壓傳輸系數(shù)計算 等幅載頻：Kd=cos AM波 ：Kd= 理想：R>>RD,0,Kd=1理想：R>>RD,0,Kd=1 2.2參數(shù)的選擇設置 vs較小時，工作于非線性區(qū)； R較小時，RD的非線性作用。解決：R足夠大時，RD的非線性作用，R的直流電壓負反饋作用。但R(RC)過大時，將產(chǎn)生：(a)惰性失真(放跟不上vs的變化)；(b)負峰切割失真(交流負載變化

10、引起)。(a)惰性失真(如圖)圖2-1惰性失真由圖可見，不產(chǎn)生惰性失真的條件：vs包絡在A點的下降速率C的放電速率即： =RC (b)負峰切割失真(交流負載的影響及m的選擇)圖2-2負峰切割失真Cc為耦合電容(很大)直流負載為：R交流負載為：R交=(RRL)/(R+RL)Cc很大，在一個周期內(nèi)，Vc(不變)Vs(Kd1時)VR=VAB=VcR/(R+RL)由圖：臨界不失真條件：Vsmin=Vc-mVsVs-mVs=Vs(1-m) m較大時，若VR>Vsmin,則產(chǎn)生失真。則要求： =RC 例：m=0.3,R=4.7k時，要求：RL2k；m=0.8,R=4.7k時，要求：RL4.7k；即：

11、m較大時，要求負載阻抗RL較大(負載較輕)。負峰切割失真的改進:圖2-3檢波器的改進電路R直=R1+R2R交=R1+(R2RL)/(R2+RL)=R1+R交'即： R1足夠大時，R交'的影響減小，不易負峰切割失真。但R1過大時，V的幅度下降，一般取R1/R2=0.10.2(2)檢波電路后接射隨(Ri大),即檢波電路的RL大。(3)晶體管和集成電路包絡檢波，為直接耦合方式，不存在Cc 第3章 Multisim的仿真結(jié)果及分析如下圖所示為Multisim的仿真原理圖 圖3-1 仿真原理圖 a）如果將仿真原理圖中開關A、C閉合，打開仿真按鈕，此時二極管包絡檢波后的波形，如下圖：圖3-

12、2 檢波不失真波形 此時輸出的為正弦波，輸出波形不失真，與試驗要求相符。 b）如果將仿真原理圖中開關B、C閉合，打開仿真按鈕，此時二極管包絡檢波后的波形，如下圖： 圖3-3 惰性失真的波形 此時輸出波形呈鋸齒狀變化，輸出發(fā)生了失真，為惰性失真，與試驗要求相符。 C) 如果將仿真原理圖中開關A、D閉合，再將滑動變阻器旋鈕移到100%，即使電路接。 電阻為最大。打開仿真按鈕，觀察示波器，可得到二極管包絡檢波后的波形，如下圖： 圖3-4 切割失真 此時發(fā)現(xiàn)輸出的正弦波底部被切割了一部分，輸出發(fā)生了失真，為底部切割失 真，與試驗要求相符。 再次旋動滑動變阻器到75%，觀察示波器，看到輸出波形如下圖：圖

13、3-5 切割失真發(fā)現(xiàn)輸出的正弦波底部也被切割了一部分，發(fā)生了失真，為底部切割失真，與試驗要求相符。與圖3-4相比，發(fā)現(xiàn)圖3-5切割的更多，即失真變大。繼續(xù)旋動滑動變阻器到50%，觀察示波器，看到輸出波形如下圖：圖3-6 切割失真發(fā)現(xiàn)輸出的正弦波底部也被切割了一部分，發(fā)生了失真，為底部切割失真，與試驗要求相符。與圖3-4與圖3-5相比，發(fā)現(xiàn)圖3-6切割的更多，即失真更大。結(jié)論：滑動變阻器接入電阻越小越易發(fā)生切割失真，即失真越明顯。 總結(jié) 這次的設計，給自己的印象很深刻。通過本次實驗的課題設計，對本課題有了一定的了解。但是，在對該課題有一定的了解的前提下，也發(fā)現(xiàn)了很多問題，當然，都是自身的不足。認

14、識到理論與實踐之間的差距，聯(lián)系實際的應用去理解知識比一大堆理論來的直接與清晰明了。在設計中難免會遇到很多學習中不會注意到的問題，比如說在調(diào)制中在取某些值后輸出是失真的波形，在設計開始并沒有想過會存在那樣多的問題，當著手時才發(fā)現(xiàn)要完成一個信號的調(diào)制與解調(diào)，在元器件、電路和取值都要有一部分的要求。 當然，在設計中也遇到很多學習上的問題，有些地方自己根本看不明白，但經(jīng)過同組有些同學一提，才發(fā)現(xiàn)有些很簡單的地方自己卻并不理解，確實是一個很糾結(jié)的問題。 不過，我相信，通過自己的努力，不會讓自己失望的。 參 考 文 獻1 曾興文、劉乃安、陳健高頻電子線路北京：高等教育出版社，20072 張肅文等高頻電子線

15、路（第四版）北京：高等教育出版社 ，20043 聶典等Multisim 10計算機仿真北京：電子工業(yè)出版社， 20104 夏術泉等通信電子電路北京：北京理工大學出版社， 2010 5 李智群等通信電子線路北京：清華大學出版社 ，2010 答辯記錄及評分表 課題名稱包絡檢波器的設計與實現(xiàn)答辯教師（職稱）馮鎖 答辯時間20132014學年第一學期 第15周答辯記錄問題一：包絡檢波器由哪幾部分組成，適用于解調(diào)什么樣的信號？答：包絡檢波器由輸入回路和檢波二極管D,RLC低通濾波器串聯(lián)組成，適用于解調(diào)調(diào)幅波信號。問題二：包絡檢波器為什么出現(xiàn)了負半周信號？答一是實物電路及元件與仿真不同，需要認真檢查電路連

16、接，測試每個元件的好壞。二是示波器測量輸出的CH2通道用的是交流檔，應改用直流檔。問題三：什么是負峰切割失真，導致負峰失真的具體原因是什么？答：負峰失真，是檢波電路里面的概念，和放大電路無關。由于檢波器負載電路的RC數(shù)值偏大，當已調(diào)信號的負半周出現(xiàn)時，解調(diào)后的包絡波形，沒有出現(xiàn)相應的負半周，或出現(xiàn)的不完整。一般可以減小C，可減小或消除負峰切割失真。問題四：簡述檢波的物理過程？答：在高頻信號電壓的正半周期，二極管正向?qū)ú﹄娙軨充電，由于二極管正向?qū)娮韬苄?，所以充電電流I很大，是電容的電壓Vc很快就接近高頻電壓峰值。問題五：二極管大信號峰值檢波器的非線性失真有哪些？答：當檢波器參數(shù)選擇不當時會產(chǎn)生惰性失真或底部切割失