检波电路详解--课件

6.4.1概述概述振幅解调振幅解调(又称检波又称检波)是振幅调制的逆过程。它的作用是是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于因此，检波器也属于频谱搬移电路。频谱搬移电路。6.4振幅解调振幅解调(检波检波)原理与电路原理与电路1PPT课件非线性非线性 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2PPT课件包络检波包络检波同步检波同步检波检波器分类检波器分类:振幅调制过程：振幅调制过程：解调过程解调过程 AM调制调制 DSB调制调制 SSB调制调制包络检波包络检波：同步检波同步检波：峰值包络检波峰值包络检波平均包络检波平均包络检波 乘积型同步检波乘积型同步检波 叠加型同步检波叠加型同步检波 解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。3PPT课件检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RCRC低通滤波器。其如下图所示低通滤波器。其如下图所示载波被抑制的已调波解调原理载波被抑制的已调波解调原理解调普通调幅波组成原理框图解调普通调幅波组成原理框图4PPT课件 输入电压为输入电压为v1，输出电压为，输出电压为v2，则检波前后的波形如图所示，输，则检波前后的波形如图所示，输出电压出电压v2是已恢复的原调制信号。是已恢复的原调制信号。检波前后的波形图5PPT课件 串联式二极管（大信号）包络检波器如图串联式二极管（大信号）包络检波器如图(a)(a)所示。图中的所示。图中的R RL L、C C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求检波器的输入信号大于检波器的输入信号大于0.5V0.5V，所以称为大信号检波器。，所以称为大信号检波器。及。二极管（大信号）峰值包络检波器二极管（大信号）峰值包络检波器 6PPT课件RLC电路：电路：二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信号号一是起高频滤波作用。一是起高频滤波作用。故必须满足故必须满足及及7PPT课件V DCC+vWRL+充电放电iDvi串联型二极管包络检波器串联型二极管包络检波器的物理过程串联型二极管包络检波器的物理过程8PPT课件 1.工作原理工作原理 大信号的检波的原理大信号的检波的原理:主要是利用二极管的单向导电特性和主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载检波负载RCRC的充放电过程来完成调制信号的提取。的充放电过程来完成调制信号的提取。9PPT课件10PPT课件用分析高频功放的折线近似分析法分析用分析高频功放的折线近似分析法分析v Di D-vCV imId=S(vd-VBZ)VdVBZ0VdRd时，时，0，cos1。即检波效率。即检波效率Kd接近接近于于1，这是包络检波的主要优点。，这是包络检波的主要优点。13PPT课件2)等效输入电阻等效输入电阻RidVim-输入高频电压的振幅输入高频电压的振幅Iim-输入高频电流的的基波振幅输入高频电流的的基波振幅 由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。通常通常因此因此负载负载R R两端的平均电压为两端的平均电压为K Kd dV Vimim，因此平均电流，因此平均电流 14PPT课件 如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转量守恒的原则，输入到检波器的高频功率，应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）换为输出端负载电阻上消耗的功率（注意为直流）即有即有，而，而V o15PPT课件3)失真失真产生的失真主要有：产生的失真主要有：惰性失真；惰性失真；负峰切割失真；负峰切割失真；非线性失真；非线性失真；频率失真。频率失真。惰性失真惰性失真(对角线切割失真对角线切割失真)现象现象16PPT课件3)失真失真 惰性失真惰性失真惰性失真惰性失真原因原因:由于负载电阻由于负载电阻R与负载电容与负载电容C的时间常数的时间常数RC太大所引起的。太大所引起的。这时电容这时电容 C上的电荷不能很快地上的电荷不能很快地随调幅波包络变化随调幅波包络变化,从而产生失真。从而产生失真。为了防止惰性失真，只要适当选择为了防止惰性失真，只要适当选择RC的数值，使检波器能跟上的数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。高频信号电压包络的变化就行了。也就是要求也就是要求现象现象:不产生失真的条件不产生失真的条件:17PPT课件或写成或写成 在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5 计算。计算。电容放电电容放电=调幅波包络调幅波包络包络变化率包络变化率 实实际际上上，调调制制波波往往往往是是由由多多个个频频率率成成分分组组成成，即即=minmax。为了保证不产生失真，必须满足。为了保证不产生失真，必须满足代入得18PPT课件负峰切割失真负峰切割失真(底部切割失真底部切割失真)检波器输出常用隔直流电容检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。与下级耦合，如图所示。Rg代表下级电路的输入电阻。代表下级电路的输入电阻。考虑了耦合电容考虑了耦合电容Cc和低放和低放输入电阻输入电阻Rg后的检波电路后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求为了有效地传送低频信号，要求在检波过程中，在检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻两端建立了直流电压经电阻R和和Rg分压，在分压，在R上得到的直流电压为：上得到的直流电压为：隔直电容隔直电容CcCc数值很大，可认为它数值很大，可认为它对调制频率对调制频率交流短路，电路达交流短路，电路达到稳态时，其两端电压到稳态时，其两端电压V VC CV Vimim。19PPT课件V i m（1-m）V i mV RV RV RV RV RV R负峰切割失真的现象负峰切割失真的现象20PPT课件 对于二极管来说，对于二极管来说，VR是是反偏压，它有可能阻止二极反偏压，它有可能阻止二极管导通，从而产生失真。管导通，从而产生失真。负峰切割失真波形负峰切割失真波形 为了避免底部切割失真，调幅为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度波的最小幅度Vim(1ma)必须大于必须大于VR即：即：产生产生负峰切割失真负峰切割失真原因原因:不产生失真的条件不产生失真的条件:21PPT课件 实际电路中，为防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法，实际电路中，为防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法，即将即将R R分为分为R R1 1和和R R2 2两部分，如图所示，通常选用两部分，如图所示，通常选用 D D选用点接触型锗二极管选用点接触型锗二极管2AP92AP9（R RD D 100100），），R R1=6801=680，R R2=4.7k2=4.7k R R4 4C C3 3构成低通滤波器。构成低通滤波器。C C3 3上仅有直流电压，它与输入载波成正比，并加到上仅有直流电压，它与输入载波成正比，并加到中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。如果输入信号强，中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。如果输入信号强，C C3 3上直流上直流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器输出电压下降。电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器输出电压下降。为了更好地滤波，也将负载为了更好地滤波，也将负载电容分成电容分成C C1 1和和C C2 2两部分。两部分。.22PPT课件 非线性失真非线性失真 频率失真频率失真这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由于耦合电容这种失真是由于耦合电容C Cc c和滤波电容和滤波电容C C所引起的。所引起的。Cc的存在主要影响检波的下限频率的存在主要影响检波的下限频率 min。为使频率为为使频率为 min时，时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：必须满足下列条件：或或电容电容C的容抗应在上限频率的容抗应在上限频率 max时，不产生旁路作用，即它时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：应满足下列条件：或或一般一般Cc约为几约为几 F，C约为约为0.01 F。(用失真系数用失真系数K Kf f表示表示)23PPT课件 抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号，此加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号，此参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。同步检波有两种实现电路同步检波有两种实现电路:同步检波电路同步检波电路乘积检波电路24PPT课件同步检波实现模型同步检波实现模型其原理电路见右其原理电路见右同步检波原理电路同步检波原理电路设输入信号为抑制载波的双边带设输入信号为抑制载波的双边带本地振荡信号本地振荡信号则它们的合成信号则它们的合成信号故当故当时时因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。包络检波器构成同步检波电路包络检波器构成同步检波电路25PPT课件已调波为载波分量被抑止的双边带信号已调波为载波分量被抑止的双边带信号 准确地等于输入信号载波的角频率准确地等于输入信号载波的角频率即即但二者的相位可能不同；这里但二者的相位可能不同；这里 表示它们的相位差。表示它们的相位差。这时相乘输出（假定相乘器传输系数为这时相乘输出（假定相乘器传输系数为1 1）低通滤波器滤除低通滤波器滤除附近的频率分量后，就得到频率为附近的频率分量后，就得到频率为 的低频信号，的低频信号，本地载波电压本地载波电压 本地载波的角频率本地载波的角频率乘积检波电路乘积检波电路26PPT课件x低通低通27PPT课件 由式可见，低频信号的输出幅度与由式可见，低频信号的输出幅度与成正比。当成正比。当低频信号电压最大，随着相位差低频信号电压最大，随着相位差 加大，输出电压减弱。加大，输出电压减弱。在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为“同步检波同步检波”。乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是加乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是加强了输入信号中的载波分量。强了输入信号中的载波分量。由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振荡由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振荡信号，才能完全恢复原调制信号。信号，才能完全恢复原调制信号。时，时，28PPT课件产生本地振荡信号的方法：产生本地振荡信号的方法：（1 1）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器的频率和相位与发送端一致。的频率和相位与发送端一致。（2 2）对于双边带调制来说，可以从双边带调制信号中提取所需）对于双边带调制来说，可以从双边带调制信号中提取所需的同频同相的载波信号作本地振荡信号。的同频同相的载波信号作本地振荡信号。对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载波信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度波信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度抑制的载波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控抑制的载波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控制本机振荡信号使其同步中。制本机振荡信号使其同步中。（3 3）采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波。）采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波。29PPT课件，通过平方律运算器，输出电压为，通过平方律运算器，输出电压为 式中的式中的K K为系数。经中心频率为为系数。经中心频率为的带通滤波器取出的带通滤波器取出分量，而后由二分频器将其变换为分量，而后由二分频器将其变换为，最后由中心角频率为，最后由中心角频率为的带通滤波器进一步滤除无用分量，并将取出的的带通滤波器进一步滤除无用分量，并将取出的分量进行放大，就可作为所需的同频同相参考信号。分量进行放大，就可作为所需的同频同相参考信号。由由DSBDSB信号中取出载波信号的实现框图信号中取出载波信号的实现框图30PPT课件单边带信号的接收单边带信号的接收(SSB)单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。单边带接收机方框图单边带接收机方框图它是二次变频电路。它是二次变频电路。fi1较高，用调谐回路即可选出所需的边带。较高，用调谐回路即可选出所需的边带。fi2较低，一般采用带通滤波器取出单边带信号。较低，一般采用带通滤波器取出单边带信号。单边带信号与第三本振载波信号在乘积检波器中进行解调，单边带信号与第三本振载波信号在乘积检波器中进行解调，经过低通滤波器后，即可获得原调制信号。经过低通滤波器后，即可获得原调制信号。31PPT课件单边带接收机方框图举例单边带接收机方框图举例 32PPT课件