二極管包絡(luò)檢波實(shí)驗(yàn)

**師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院2014屆通信工程專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告第1頁(yè)*課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：二極管包絡(luò)檢波實(shí)驗(yàn)學(xué)生姓名：**學(xué)生學(xué)號(hào)：********系別：電氣信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：通信工程屆別：2014屆指導(dǎo)教師：***電氣信息工程學(xué)院制2013年5月二極管包絡(luò)檢波實(shí)驗(yàn)學(xué)生：**指導(dǎo)教師：***電氣信息工程學(xué)院通信工程專(zhuān)業(yè)摘要：利用最新電子仿真軟件Multisim進(jìn)行二極管包絡(luò)檢波虛擬實(shí)驗(yàn)，具有組建電路快捷、波形生動(dòng)直觀、實(shí)驗(yàn)效果理想等優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算機(jī)虛擬仿真作為高頻電子線路實(shí)驗(yàn)的輔助手段，是一種很好的選擇，可以加深學(xué)生對(duì)一些抽象枯燥理論的理解，從而達(dá)到提高高頻電子線路課程教學(xué)質(zhì)量的目的。關(guān)鍵詞：調(diào)制信號(hào)；包絡(luò)檢波；低通濾波器；對(duì)角線失真；負(fù)峰切割失真引言眾所周知，高頻電子線路實(shí)驗(yàn)由于頻率高，對(duì)實(shí)驗(yàn)板的設(shè)計(jì)和制作非常講究，一般常采取諸如某些元件就近接地大面積敷銅板布地線振蕩器加屏蔽合等措施，以盡可能減少高頻干擾但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往由于測(cè)量?jī)x器和實(shí)驗(yàn)板之間的連線過(guò)長(zhǎng)連線交叉平行等原因，仍然會(huì)存在竄入高頻干擾問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)影響觀察波形和測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性本文通過(guò)計(jì)算機(jī)用電子仿真軟件Multisim進(jìn)行高頻電路仿真實(shí)驗(yàn)，不存在高頻干擾現(xiàn)象，能達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1實(shí)驗(yàn)原理分析調(diào)幅波的解調(diào)是從調(diào)幅信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程，是調(diào)制的逆過(guò)程，通常稱(chēng)之為檢波常用的解調(diào)方法有二極管包絡(luò)檢波和同步檢波2種，一般的振幅調(diào)制信號(hào)，都可采用由相乘器和低通濾波器組成的同步檢波電路進(jìn)行解調(diào)但是，對(duì)于普通調(diào)幅信號(hào)來(lái)說(shuō)，它的載波分量未被抑制掉，可以直接利用非線性器件實(shí)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(hào)，通常將這種振幅檢波器稱(chēng)為包絡(luò)檢波器。目前應(yīng)用最廣的是二極管包絡(luò)檢波器。二極管包絡(luò)檢波適合于解調(diào)含有較大載波分量的大信號(hào)的檢波，它具有電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。1.1二極管包絡(luò)檢波工作原理利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過(guò)程來(lái)完成調(diào)制信號(hào)的提取。還原所得的信號(hào)，與高頻調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)變化規(guī)律一致，故又稱(chēng)為包絡(luò)檢波器。只要充電很快，即充電時(shí)間常數(shù)Rd·C很小(Rd為二極管導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻)；而放電時(shí)間常數(shù)足夠慢，即放電時(shí)問(wèn)常數(shù)R·C很大，滿(mǎn)足Rd·C<<RC，就可使輸出電壓的幅度接近于輸入電壓的幅度。由于正向?qū)щ姇r(shí)間很短，放電時(shí)間常數(shù)又遠(yuǎn)大于高頻電壓周期，所以輸出電壓的起伏是很小的，可看成與高頻調(diào)幅波包絡(luò)基本一致。高頻調(diào)幅波的包絡(luò)又與原調(diào)制信號(hào)的形狀相同，故輸出電壓就是原來(lái)的調(diào)制信號(hào)，達(dá)到了解調(diào)的目的。在高頻信號(hào)電壓的正半周時(shí)，二極管正向?qū)ú?duì)電容器C充電，由于二極管的正向?qū)娮韬苄?，所以充電電流id很大，使圖1充電過(guò)程電容器上的電壓VC很快就接近高頻電壓的峰值。充電電流的方向如圖中所示。圖1充電過(guò)程Vc建立后通過(guò)信號(hào)源電路，又反向地加到二極管D的兩端。電容器C上的電壓VC和輸入信號(hào)電壓Vi共同決定二極管導(dǎo)通與否。當(dāng)高頻信號(hào)的瞬時(shí)值小于Vc時(shí)，二極管處于反向偏置，管子截止，電容器就會(huì)通過(guò)負(fù)載電阻R放電。由于放電時(shí)間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于調(diào)頻電壓的周期，故放電圖2放電過(guò)程很慢。當(dāng)電容器上的電壓下降不多時(shí)，調(diào)頻信號(hào)第二個(gè)正半周的電壓又超過(guò)二極管上的負(fù)壓，使二極管又導(dǎo)通。圖2放電過(guò)程1.2二極管包絡(luò)檢波電路中的失真當(dāng)輸人為調(diào)幅波時(shí)，為保證檢波器的輸出平均電壓不失真地反映輸入調(diào)幅波的包絡(luò)變化，輸入調(diào)幅波電壓必須足夠大，當(dāng)解調(diào)調(diào)幅波時(shí)，如果電路參數(shù)選擇不當(dāng)，二極管包絡(luò)檢波器將會(huì)產(chǎn)生惰性失真和負(fù)峰切割失真。1.2.1惰性失真圖3惰性失真惰性失真（對(duì)角線切割失真）產(chǎn)生的原因是由于負(fù)載電阻R與負(fù)載電容C的時(shí)間常數(shù)RC太大所引起的。為了避免產(chǎn)生惰性失真,必須在任何一個(gè)高頻周期內(nèi),使電容C通過(guò)R放電的速度大于或等于包絡(luò)的下降速度。圖3惰性失真1.2.2負(fù)峰切割失真負(fù)峰切割失真（底部切割失真）產(chǎn)生的原因是檢波器輸出常用隔直流電容與下級(jí)耦合，檢波器的直流負(fù)載與交流負(fù)載不相等，調(diào)制度相當(dāng)大引起的。為了防止底部切割失真，檢波器交流負(fù)載與直流負(fù)載之比不得小于調(diào)幅系數(shù)ma。圖4負(fù)峰切割失真圖4負(fù)峰切割失真圖4負(fù)峰切割失真圖4負(fù)峰切割失真2用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)二極管包絡(luò)檢波仿真實(shí)驗(yàn)2.1在仿真軟件Multisim電子平臺(tái)上組建仿真電路從電子仿真軟件Multisim基本界面元件工具條的“基本元件庫(kù)”中分別調(diào)出檢波二極管“1N4151”、“100nF”可變電容、電阻、電容、電位器等元件；再?gòu)碾娮臃抡孳浖﨧ultisim基本界面元件工具條的“信號(hào)源庫(kù)”中分別調(diào)出1kHz、10kHz交流信號(hào)源，5V直流信號(hào)源，乘法器等；最后再?gòu)碾娮臃抡孳浖﨧ultisim基本界面元件虛擬儀器工具條中調(diào)出“示波器”，將調(diào)出元件和儀器經(jīng)整理組建成仿真電路如圖5所示。圖5仿真電路圖5仿真電路2.2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)啟仿真開(kāi)關(guān)，雙擊虛擬示波器圖標(biāo)，從放大面板的屏幕上可以看到調(diào)幅波經(jīng)二極管檢波前后波形如圖6所示（注：兩波形已被疊加在一起；屏幕下方各欄參數(shù)參閱圖中設(shè)置），同時(shí)也可以看出輸出電壓u（t）是隨載波頻率ω作鋸齒狀波動(dòng)的調(diào)幅波的包絡(luò)線。圖6二極管檢波前后疊加波形圖6二極管檢波前后疊加波形關(guān)閉仿真開(kāi)關(guān)，重啟仿真開(kāi)關(guān)，打開(kāi)虛擬示波器放大面板，可以從屏幕上看到“對(duì)角線失真”波形如圖7所示（屏幕下方各欄參數(shù)參閱圖中設(shè)置）。圖7對(duì)角線失真波形圖7對(duì)角線失真波形因?yàn)樵龃驝值，二極管截止期間C通過(guò)RL的放電速度過(guò)慢，跟不上輸入調(diào)幅波包絡(luò)的下降速度，造成二極管檢波后的輸出電壓uo（t）產(chǎn)生惰性失真（屏幕下方各欄參數(shù)參閱圖中設(shè)置）。圖8負(fù)峰切割失真波形圖8負(fù)峰切割失真波形圖6二極管檢波前后疊加波形圖6二極管檢波前后疊加波形結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上在仿真軟件Multisim電子平臺(tái)上所做的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，我們可以清楚地看到二極管對(duì)調(diào)幅波的包絡(luò)進(jìn)行檢波，由于元件參數(shù)選擇不當(dāng)引起的“對(duì)角線失真”和“負(fù)峰切割失真”。利用電子仿真軟件Multisim可以對(duì)高頻電路課程中許多實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真，且具有組建仿真電路快捷、方便，波形圖像直觀，效果理想等優(yōu)點(diǎn)?？梢员苊庠趯?shí)驗(yàn)室中利用儀器做高頻電路實(shí)驗(yàn)，由于頻率高存在干擾現(xiàn)象，效果不理想的缺陷。電子仿真軟件Multisim是一款非常理想的應(yīng)用軟件，尤其是適合用它來(lái)進(jìn)行高頻電路的仿真實(shí)驗(yàn)，作為一種新的輔助實(shí)驗(yàn)手段，值得大力推廣應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：謝嘉奎.電子線路：非線性部分［M］.北京：高等教育出版社，2001胡宴如.高頻電子線路［M］.北京：高等教