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1、 高 频 电 子 线 路 课程设计报告题 目： 包络检波器的设计与实现 专 业： 电子信息工程 班 级： 姓 名： 指导教师： 任务书课题名称 包络检波器的设计与实现指导教师（职称）执行时间 学生姓名 学号 承担任务进程安排12 月 8 号 课设理论讲解及仿真软件介绍、学生练习使用软件12 月 9 号 电路图理论设计12 月 10 号 仿真分析12 月 11 号 整理、撰写说明书12 月 12 号 进行测试或答辩设计内容、要求1原理分析及电路图设计2用相关仿真软件画出电路并对电路进行分析与测试(1)大信号峰值包络检波的观察分析；(2)包络检波的惰性失真的观察分析；(3)负峰切割失真的观察分析；
2、(4)观察负峰切割失真是所用电阻为电位器，阻值不同时，失真情况分析；(5)检波器电压传输系数计算。2摘 要调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为检波。检波广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。对调幅波来说是从它的振幅变化提取调制信号的过程；对调频波 ，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波，是从它的相位变化提取调制信号的过程。工程实际中，有一类信号叫做调幅波信号，这是一种用低频信号控制高频信号幅度的特殊信号。为了把低频信号取出来，需要专门的电路，叫做检波电路。使用二极管可以组成最简单的调幅波检波电路。调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步
3、检波器。目前应用最广的是二极管包络检波器，不论哪种振幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行解调。但是， 普通调幅信号来说，它的载波分量被抑制掉，可以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络。为了生动直观的分析检波电路，利用了最新电子仿真软件 Multisim11.0 进行二极管包络检波虚拟实验,Multisim 具有组建电路快捷、波形生动直观、实验效果理想等优点。计算机虚拟仿真作为高频电子线路实验的辅助手段,是一种很好的选择,可以加深学生对一些抽象枯燥理论的理解,从而达到提高高频电子线路课程教学质量的目的。3目
4、录第 1 章 设计目的及原理 .41.1 设计目的和要求 .41.1 设计原理 .4第 2 章 指标参数的计算 .82.1 电压传输系数的计算 .82.2 参数的选择设置 .8第 3 章 Multisim 的仿真结果及分析 .11总 结 .16参 考 文 献 .17答辩记录 及评 分表 .184第 1 章 设计目的及原理1.1 设计目的和要求通过课程设计，使学生加强对高频电子技术电路的理解，学会查寻资料方案比较，以及设计计算等环节。进一步提高分析解决实际问题的能力，创造一个动脑动手独立开展电路实验的机会，锻炼分析解决高频电子电路问题的实际本领，真正实现由课本知识向实际能力的转化；通过典型电路的
5、设计与制作，加深对基本原理的了解，增强学生的实践能力。要求：掌握串、并联谐振回路及耦合回路、高频小信号调谐放大器、高频功率放大器、混频器、幅度调制与解调、角度调制与解调的基本原理，实际电路设计及仿真。设计要求及主要指标：用检波二极管设计一 AM 信号包络检波器，并且能够实现以下指标。 输入 AM 信号：载波频率 200kHz 正弦波。 调制信号：1KHz 正弦波，幅度为 2V，调制度为 40%。 输出信号：无明显失真，幅度大于 6V1.2 设计原理调幅调制和解调在理论上包括了信号处理，模拟电子，高频电子和通信原理等知识，涉及比较广泛。包括了各种不同信息传输的最基本的原理，是大多数设备发射与接收
6、的基本部分。因为本次课题要求调制信号幅度大于 1V，而输出信号大于 5，所以本课题设计需要运用放大电路。本次实验采用二极管包络检波以及运算放大电路。在确定电路后。利用 EAD 软件进行仿真来验证设结果。总设计框图如 1-1：5图 1-1二极管包络检波的工作原理：检波原理电路图如图 1-2图 1-2检波的物理过程如下：在高频信号电压的正半周期，二极管正向导通并对电容 C 充电，由于二极管正向导通电阻很小，所以充电电流 I 很大，是电容的电压 Vc 很快就接近高频电压峰值，充电电流方向如下图 1-3 所示：输入信号非线性器件二极管包络检波器运放电路输出信号。6图 1-3这个电压建立后，通过信号源电
7、路，又反向地加到二极管 D 的两端。这时二极管是否导通，由电容 C 上的电压 Vc 和输入电压 Vi 共同决定。当高频信号的瞬时值小于 Vc 时，二极管处于反向偏置，处于截止状态。电容就会通过负载电阻 R 放电。由于放电时间常数 RC 远大于调频电压周期，故放电很慢。当电容上的电压下降不多时，调频信号第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管导通。如图 3 中 t1 到 t2 的时间为二极管导通（如图 1-4）的时间，在此时间内又对电容充电，电容的电压又迅速接近第二个高频的最大量。如图 3 中 t2 至 t3 时间为二极管截止（如图 1-5）的时间，在次时间内电容又通过负载 R 放电。这
8、样不断地反复循环。所以，只要充电很快，即充电时间常数 RdC 很小（Rd 为二极管导通时的内阻）而放电时间很慢即放电时间常数 RC很大，就能使传输系数接近 1。另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频周期，所以输出电压 Vc 的起伏很小，可看成与高频调幅波包络基本一致，而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压 Vc 就是原来的调制信号，达到解调得目的。7图 1-4 二极管导通图 1-6图 1-5 二极管截止8根据上述二极管包络检波的工作原理可设计出符合本次课程设计“包络检波器的设计与实现”检波器，其原理电路图如图 1-7 所示。图 1-7 包络检波器电路图第 2 章
9、包络检波器指标参数的计算2.1 电压传输系数计算等幅载频：K d= =cosAM 波 ：K d= 理想： RRD, 0, Kd=1理想： RRD, 0, Kd=192.2 参数的选择设置 vs 较小时，工作于非线性区； R 较小时， RD 的非线性作用。解决： R 足够大时， RD 的非线性作用， R 的直流电压负反馈作用。但R(RC)过大时，将产生：(a)惰性失真( 放跟不上 vs 的变化)；(b)负峰切割失真(交流负载变化引起)。(a)惰性失真(如图)图 2-1由图可见，不产生惰性失真的条件：vs 包络在 A 点的下降速率 C 的放电速率即： =RC(b)负峰切割失真(交流负载的影响及 m
10、 的选择)10图 2-2Cc 为耦合电容(很大)直流负载为： R交流负载为： R 交=( RRL)/(R+RL) Cc 很大，在一个周期内， Vc(不变) Vs(Kd1 时) VR=VAB=VcR/(R+RL)由图：临界不失真条件：Vsmin=Vc-mVs Vs-mVs=Vs(1-m)m 较大时，若 VRVsmin,则产生失真。则要求：=RC例：m=0.3,R=4.7k 时，要求： RL2k；m=0.8,R=4.7k 时，要求： RL4.7k；即： m 较大时，要求负载阻抗 RL 较大(负载较轻)。11负峰切割失真的改进:图 2-3 检波器的改进电路R 直= R1+R2R 交= R1+(R2R
11、L)/(R2+RL)=R1+R 交即：R1 足够大时， R 交的影响减小，不易负峰切割失真。但 R1 过大时，V 的幅度下降，一般取 R1/R2=0.10.2(2)检波电路后接射随( Ri 大),即检波电路的 RL 大。(3)晶体管和集成电路包络检波，为直接耦合方式，不存在 Cc第 3 章 Multisim 的仿真结果及分析如下图所示为 Multisim 的仿真原理图12图 3-1 仿真原理图a）如果将仿真原理图中开关 A、C 闭合，打开仿真按钮，此时二极管包络检波后的波形，如下图：13图 3-2 检波不失真波形此时输出的为正弦波，输出波形不失真，与试验要求相符。b）如果将仿真原理图中开关 B
12、、C 闭合，打开仿真按钮，此时二极管包络检波后的波形，如下图：图 3-3 惰性失真的波形此时输出波形呈锯齿状变化，输出发生了失真，为惰性失真，与试验要求相符。C) 如果将仿真原理图中开关 A、D 闭合，再将滑动变阻器旋钮移到 100%，即使电路接。电阻为最大。打开仿真按钮，观察示波器，可得到二极管包络检波后的波形，如下图：14图 3-4 切割失真此时发现输出的正弦波底部被切割了一部分，输出发生了失真，为底部切割失真，与试验要求相符。再次旋动滑动变阻器到 75%，观察示波器，看到输出波形如下图：15图 3-5 切割失真发现输出的正弦波底部也被切割了一部分，发生了失真，为底部切割失真，与试验要求相
13、符。与图 3-4 相比，发现图 3-5 切割的更多，即失真变大。继续旋动滑动变阻器到 50%，观察示波器，看到输出波形如下图：图 3-6 切割失真16发现输出的正弦波底部也被切割了一部分，发生了失真，为底部切割失真，与试验要求相符。与图 3-4 与图 3-5 相比，发现图 3-6 切割的更多，即失真更大。结论：滑动变阻器接入电阻越小越易发生切割失真，即失真越明显。17总结这次的设计，给自己的印象很深刻。通过本次实验的课题设计，对本课题有了一定的了解。但是，在对该课题有一定的了解的前提下，也发现了很多问题，当然，都是自身的不足。认识到理论与实践之间的差距，联系实际的应用去理解知识比一大堆理论来的
14、直接与清晰明了。在设计中难免会遇到很多学习中不会注意到的问题，比如说在调制中在取某些值后输出是失真的波形，在设计开始并没有想过会存在那样多的问题，当着手时才发现要完成一个信号的调制与解调，在元器件、电路和取值都要有一部分的要求。当然，在设计中也遇到很多学习上的问题，有些地方自己根本看不明白，但经过同组有些同学一提，才发现有些很简单的地方自己却并不理解，确实是一个很纠结的问题。 不过，我相信，通过自己的努力，不会让自己失望的。18参 考 文 献1 曾兴文、刘乃安、陈健高频电子线路北京：高等教育出版社，20072 张肃文等高频电子线路（第四版）北京：高等教育出版社 ，20043 聂典等Multisim 10 计算机仿真北京：电子工业出版社， 2010
