54-检波电路解析课件

,EXIT,EXIT,通信电子线路,合肥工业大学,5.4,振幅解调电路,主要要求：,掌握振幅解调的基本原理,掌握二极管包络检波器的典型电路、工作原理，掌握避免惰性失真、负峰切割失真的方法。,5.4,振幅解调电路,掌握同步检波电路的组成模型与基本原理,5.4.1,概述,一、振幅解调电路的功能,振幅解调电路的功能是,从调幅波中不失真地解调出原调制信号。,通常将振幅解调电路称为,检波器。,调幅波频谱,c,+,c,-,c,输出信号频谱,检波的实质：也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将信号从高频搬移到低频端，,包络检波器,同步检波器,二、,检波器的分类,只适合,AM,的解调,适合任一调幅波,(AM,DSB,SSB),的解调,三、,检波电路的组成,输入回路,低通滤波器,非线性器件,输入回路：,非线性器件：,低通滤波器：,选择出所需的调幅波,频率变换，产生新的频率,选择出所需的低频调制信号,(1),电压传输系数,K,d,四、,检波电路的主要技术指标,(2),等效输入电阻,R,id,：,用来衡量对前级回路的影响，,R,id,越大，对前级回路的影响越小。,输入高频电压振幅,输入端高频脉冲电流基波分量的振幅,（检波效率）：,等幅波输入：,调幅波输入：,(3),非线性失真系数,K,f,：,非线性失真的大小，一般用非线性失真系数,K,f,表示。当输入,信号,为单频调制的调幅波时，,K,f,定义为,式中，,U,、,U,2,、,U,3,分别为输出电压中调制信号的基波和各次谐波分量的振幅。,(4),高频滤波系数,F,：,定义：输入高频电压的振幅,U,im,与输出高频电压的振幅,U,om,的比值，即,在输入高频电压一定的情况下，,滤波系数,F,越大,，则检波器输出端的高频电压越小，,滤波效果越好。,通常要求,F,(50,100),。,K,f,越小越好。,用来衡量低通滤波器的滤波能力。,电阻,R,就作为检波器的负载，其两端产生输出低频电压。,一、,电路组成,对,RC,低通滤波器的要求：,对,低频调制信号,u,来说，电容,C,相当于开路,，,对高频载波信号,u,c,来说，电容,C,相当于短路,，,起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。,理想情况下，,RC,低通滤波网络所呈现的阻抗为,:,5.4.2,二极管大信号包络检波器,(,峰值包络检波器）,输入回路,检波管,低通滤波器,大信号：高频输入信号的,振幅大于,0.5V,D,R,C,+,-,u,i,二、,工作原理分析,+,u,D,-,+,-,u,o,设电容,C,上的初始电压为,0,，在输入端加上,调幅波。,二极管,D,两端上的电压,u,D,=,u,i,-,u,o,。,当,u,D,=,u,i,-,u,o,0,，,二极管导通；,当,u,D,=,u,i,-,u,o,0,，二极管截止。,u,o,u,i,t,i,充,i,放,+,-,(1),在输入信号正半周，二极管,D,正向导通，输入高频电压通过,D,对电容,C,充电。,（,r,d,为,D,的导通电阻）,r,d,小，充电快，电容,C,上的电压很快充到最高值。,(2),当,u,i,u,o,，,即,u,D,=,u,i,-,u,o,u,o,，二极管,D,又导通。又对,C,充电。,经过不断循环反复，就得到输出电压。,检波器的实际输出电压为：,u,o,=,u,(,t,)+,U,0,+,u,c,当电路元件选择正确时，高频纹波电压,u,c,很小，可以忽略，输出电压为：,u,o,(,t,)=,u,+,U,0,包含了,直流及低频调制分量,。,U,0,u,(,t,),u,c,t,u,o,u,o,u,i,t,二、,工作原理分析,大信号检波的实质：主要是利用,二极管的单向导电性和,RC,的充放电过程来实现检波。,图,(a),：电容,C,c,的隔直作用，直流分量,U,0,被隔离，,输出信号为解调恢复后的原调制信号,u,，,一般常作为接收机的检波电路。,图,(b),：,交流,分量,u,(,t,),被,电容,C,旁路，,输出信号为直流分量,U,0,，一般可作为自动增益控制信号（,AGC,信号）。,峰值包络检波器的典型应用电路,：,+,-,U,0,（,b,）,u,i,+,-,C,D,R,R,C,+,-,u,o,u,i,+,-,C,D,R,L,+,-,u,R,C,c,+,U,0,-,+,-,u,o,（,a,）,+u,d,-,三、,折线分析法,数学表示式为,:,g,d,U,bz,二极管的导通电压,u,d,i,d,0,-U,bz,u,d,i,d,0,g,d,+u,d,-,+,-,u,o,二极管两端电压,:,I,M,三、,折线分析法,u,d,i,d,U,im,+u,d,-,u,i,+,-,C,D,R,+,-,u,o,0,u,d,u,o,则,i,d,=,I,0,+,I,1,m,cos,i,t,+,I,2,m,cos2,i,t,+,I,nm,cos,n,i,t,g,d,(1),等幅波输入,-,当,时,当,i,t,=0,时，,i,d,=,I,M,，可得,i,d,由于 ，则,经低通滤波器的输出电压,:,在,条件下，,代入上式可得：,三、,折线分析法,三、,折线分析法,(2),调幅波输入,当,时,直流,低频调制分量,四、,大信号检波器的技术指标,输入等幅波时，,输入为普通调幅波,时，,1.,电压传输系数,K,d,注：二极管大信号检波器的电压传输系数为常数，又称,线性检波。,2.,等效输入电阻,3.,检波器的失真,(1),频率失真,产生原因：电容,C,和 对不同频率具有不同的容抗值。,对于电容,C,，主要作用是滤除调幅波中的载波频率分量，当电容值选取过大时也会对调制信号 产生旁路失真。而电容 将会影响 输出电压中 。,频率失真,非线性失真,惰性失真,负峰切割失真,包络检波器特有两种失真,+,-,u,D,C,c,u,i,+,-,C,R,L,R,+,-,u,o,不产生频率失真的条件,:,（隔直电容）,含义：检波器对不同调制频率，其电压传输系数不同而产生的失真。,A,B,(2),非线性失真,产生原因：二极管伏安特性曲线的非线性引起的失真。,二极管大信号检波的非线性失真非常小。,产生原因：,(3),惰性失真,t,1,t,2,RC,过大，放电太慢,所对应的放电速度小于输入信号,(AM),包络的变化速度，,会造成输出波形不随输入信号包络而变化，从而产生失真。,（对角线失真）,u,i,t,u,c,避免产生惰性失真的条件：,在任何时刻，电容放电速度应大于或等于输入包络的变化速度，即,设,K,d,1,，则,若设输入信号为,AM,信号：,电容器,C,通过,R,放电，流过,C,和,R,的电流相等。流过,C,的电流为,+,-,u,D,C,c,u,i,+,-,C,R,L,R,+,-,u,o,避免产生惰性失真的条件：,不产生惰性失真的条件：,+,-,u,D,C,c,u,i,+,-,C,R,L,R,+,-,u,o,令,A=,则不产生惰性失真的条件为,A,1,。,为在任何时刻都避免产生惰性失真，必须保证,A,值取最大时仍有,故令,:,可得,或,实际应用中，,由于调制信号总占有一定的频带,(,min,max,),，设计检波器时，应该用最高调制频率,max,来检验有无惰性失真，其检验公式为,(4),负峰切割失真,(,割底失真）,现象,U,im,(1-m,a,),U,R,U,0,经,R,和,R,L,分压后在,R,上产生的直流电压为：,u,i,+,-,C,R,L,R,D,C,C,+,U,0,-,+,-,U,R,U,i,m,原因：,A,B,(4),负峰切割失真,(,割底失真）,t1,t2,由于大电容,Cc,的存在，使得检波器的交直流负载不同。,在,t1,t2,时间段内，输入信号幅度小于,U,R,，,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。,由此可见，当,m,a,一定时，,交直流负载越接近，负峰切割失真越不易产生。,必须使输入调幅波振幅的最小值,避免底部切割失真的条件为：,不产生负峰切割失真的条件,提高 的方法,:,C,R,L,R,D,C,C,加射极跟随器,分负载方法,设,K,d,1,，则,当,R,一定时，越大，交直流电阻差值越小，负峰切割失真就不易产生。,另外 越大，输出电压越小。,分负载方法,:,C,R,L,R,D,C,C,直流负载电阻,:,交流负载电阻,:,选取原则：,1,C,2,例：,叠加型,乘积型,同步检波器可分为：,一、,乘积型同步检波器,DSB,SSB,AM,设输入已调波：,本地载波为：,则相乘器输出为：,则经低通滤波器后的输出信号为：,令,特点：需外加一与发送端载波同频同相的本地载波信号,5.4.3,同步检波器,乘法器,低通滤,波器,u,0,本地载波,u,(t),u,i,讨论：,(1),当外加本地载波与发射端的载波同步（同频，同相）,无失真将调制信号恢复出来。,(2),若本地载波与发射端的载波有频差,(,同相不同频,),即引起频率,失真。,则,乘法器,低通滤,波器,u,DSB,u,0,本地载波,u,(t),则：,如果 是固定值，只是振幅减小，不会产生失真,如果 随时间变化，也,会引起相位,失真,。,(3),若本地载波与发射端的载波有相位差,(,同频不同相,),举例：,MC1496,乘积型同步检波,u,W,(,t,),u,0,(t),+,V,CC,(12V),R,C,MC1496,2,1,8,5,10,4,R,6,R,C,3,6,12,14,R,Y,R,7,R,5,3k,W,3 k,W,51,W,1 k,W,0.005,m,F,47,m,F,0.01,m,F,0.1,m,F,1 k,W,100,W,1.3 k,W,820,W,10 k,W,0.005,m,F,0.1,m,F,1 k,W,0.1,m,F,0.005,m,F,0.1,m,F,u,s,(,t,),1 k,W,p,型低通滤波,本地载波,调幅波,二、,叠加型同步检波器,DSB,SSB,u,AM,相加器,包络,检波器,u,0,本地载波,u,u,i,(1),输入为,DSB,：,+,u,0,-,+,-,u,D,R,C,+,-,u,i,+,-,u,i,+,u,0,-,T,1,T,2,u,d,则,合成不失真的普通调幅波,二、,叠加型同步检波器,DSB,SSB,u,AM,相加器,包络,检波器,u,0,本地载波,u,u,i,+,u,0,-,+,-,u,D,R,C,+,-,u,i,+,-,u,i,+,u,0,-,T,1,T,2,u,d,(2),输入为,SSB(,上边带,),：,本地载波信号为,由于包络检波器对相位不敏感，只讨论包络的变化：,当,m,U,im,时，利用到公式,如果设包络检波器的,电压传输系数为,K,d,，那么,u,d,经包络检波器后，输出电压为,三、本地载波的产生方法,对于,DSB,：,在发送,SSB,信号的同时，发送一个功率远低于边带信号功率的载波信号，称为导频信号。,（,1,）从,AM,或,DSB,中提取出载波,对于,AM,：,通过限幅器获取载波,先平方，,取出 ，经二分频得,(2),发射导频信号,（,3,）采用频率稳定度很高的振荡电路或频率合成器。,