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1、实验五实验五. . 二极管检波器实验二极管检波器实验n n振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大振幅解调方法可分为包络检波和同步检波两大类。包络检波是指解调器输出电压与输入已调类。包络检波是指解调器输出电压与输入已调波的包络成正比的检波。由于波的包络成正比的检波。由于AMAM信号的包络信号的包络与调制信号成正比，而与调制信号成正比，而DSB,SSBDSB,SSB信号的包络信号的包络不同于调制信号，所以包络检波只适用于解调不同于调制信号，所以包络检波只适用于解调AMAM波，不能解调波，不能解调DSB,SSBDSB,SSB信号。信号。DSB,SSBDSB,SSB信信号需用同步检波器实现解调。当然
2、号需用同步检波器实现解调。当然AMAM信号也可信号也可用同步检波实现解调。但它同包络检波器相比用同步检波实现解调。但它同包络检波器相比，检波电路复杂，所以较少采用。根据电路及，检波电路复杂，所以较少采用。根据电路及工作状态的不同，包络检波又可分为峰值检波工作状态的不同，包络检波又可分为峰值检波和平均值检和平均值检波。波。本节讨论仅仅是大信号的峰值本节讨论仅仅是大信号的峰值包络检波器，即其输入信号电压往往要大于包络检波器，即其输入信号电压往往要大于0.5V0.5V以上。以上。 实验任务与要求实验任务与要求1.1.实验电路及说明实验电路及说明 实验电路如图实验电路如图1 1。电路的前面部分是谐振中
3、。电路的前面部分是谐振中放，为检波器提供测量之用，它具有选频放放，为检波器提供测量之用，它具有选频放大作用，中心频率谐振在大作用，中心频率谐振在4MHZ4MHZ左右。由左右。由D D、L L、C C、R R1 1、R RW2W2等组成检波器。等组成检波器。D D为非线性变换为非线性变换元件，元件，L L为检波器提供直流通路之用，为检波器提供直流通路之用，C C、R R1 1、R RW2W2为检波器负载。为检波器负载。RgRg为检波交流负载。为检波交流负载。C C1 1为观测波形失真而设，为观测波形失真而设，33pF33pF、6.8pF6.8pF及及R RW1W1为为测量检波输入阻抗而设。它们的
4、接入分别用测量检波输入阻抗而设。它们的接入分别用开关开关K1K1、K2K2、K3K3、K4K4来控制。来控制。图图1.1.检波器实验电路图检波器实验电路图如下：如下：2. 2. 惰性失真：惰性失真： 仿真条件：仿真条件：U Uimim1V1V，F F1KHZ,R1KHZ,RL L10K10K，接，接入入0.1f0.1f电容，电容，m m5050，检波输出波形如图，检波输出波形如图8 8。3.3.底部切割失真：底部切割失真： 仿真条件仿真条件:U:Uimim1V1V，F F1KHZ1KHZ，R RL L20k,20k,不不 接入接入0.1uf0.1uf电容，电容，m m50%50%，输出波形如图
5、，输出波形如图9 9。1 1、实验前，计算机仿真检波器当其输入信号分、实验前，计算机仿真检波器当其输入信号分别是正弦波和调幅波时的输出波形并改变电路别是正弦波和调幅波时的输出波形并改变电路参数，观察惰性失真及负峰失真波形。参数，观察惰性失真及负峰失真波形。2 2、基本命题、基本命题测量检波器的动特性曲线。测量检波器的动特性曲线。 用信号源（用信号源（EE1641EE1641）产生一个等幅信号）产生一个等幅信号U U1 1（f1f12MHZ2MHZ），测量检波输出（），测量检波输出（* *U U2 2是什么是什么信号信号? ?）填表绘制特性曲线，并计算）填表绘制特性曲线，并计算U U1 10.7
6、v0.7v时的检波效率时的检波效率KdKd？ * *当输入信号为调幅信号当输入信号为调幅信号U U1 10.7v0.7v ,F=400Hz,F=400Hz，m=0.3m=0.3时，测量检波效率时，测量检波效率KdKd？ 实验表格如下：实验表格如下： 观察调幅波包络失真情况。观察调幅波包络失真情况。 测试条件：测试条件：U U1 10.7v0.7v，f=5MHz,Ff=5MHz,F400HZ400HZ a a：当：当R RL L10k10k。接上。接上0.10.1f f电容，改变电容，改变mm大大小使输出包络信号由不失真到刚好出现对角线失小使输出包络信号由不失真到刚好出现对角线失真时，记下此时真
7、时，记下此时mm数值。数值。 b b：当：当R RL L20K20K。不接入。不接入0.1f0.1f电容，改变电容，改变m m大小，记下刚好出现底部切割失真时的大小，记下刚好出现底部切割失真时的m m值并值并与理论值作比较。与理论值作比较。 测量检波器的输入阻抗测量检波器的输入阻抗Z Z 测试条件：测试条件： R RL L=R=RLminLmin 测试方法：谐振法测试方法：谐振法 测试原理：检波器的输入阻抗相对于谐振中放测试原理：检波器的输入阻抗相对于谐振中放是一个负载，它的大小直接影响中放的频率特是一个负载，它的大小直接影响中放的频率特性（中心频性（中心频f fo o和通频带和通频带B0.7
8、B0.7）接有检波器中放）接有检波器中放频率特性曲线如图频率特性曲线如图2 2曲线曲线1 1，去掉检波器时，频，去掉检波器时，频率特性变成曲线率特性变成曲线2 2。若用一电阻和电容代替检。若用一电阻和电容代替检波器，调整电阻和电容的大小，使曲线波器，调整电阻和电容的大小，使曲线2 2再回再回到曲线到曲线1 1的位置。中心频率和带宽均变得与曲的位置。中心频率和带宽均变得与曲线线1 1一样，此时加的电阻和电容参数值就等效一样，此时加的电阻和电容参数值就等效为检波器的输入电阻和电容。为检波器的输入电阻和电容。 图图2.2.谐振法测检波器输入阻抗图如下：谐振法测检波器输入阻抗图如下： n n扩展命题扩
9、展命题 a.a.电路中电路中DD反接会有什么情况？用实验说明；反接会有什么情况？用实验说明； b. b. 若输入若输入AMAM信号过小，会产生什么失真？用信号过小，会产生什么失真？用实验说明；实验说明； c.c.若检波器滤波电容若检波器滤波电容C C过小，会产生什么失真？过小，会产生什么失真？用实验说明；用实验说明； d. d. 对对AMAM波检波。从波检波。从U U1 1和和U U2 2处测量，有何差别处测量，有何差别？ e.e.要想改善要想改善R Rg g对检波器的影响，可采取哪些方对检波器的影响，可采取哪些方 法？法？ f. f. 什么叫自动增益控制？如何实现？什么叫自动增益控制？如何实
10、现？ g.g.图图3 3是一个并联型检波电路，是一个并联型检波电路，DD采用采用2AP92AP9，请自行设计各电路元件参数，完成对输入信号：请自行设计各电路元件参数，完成对输入信号：载频载频5MHz5MHz，调制频率，调制频率F F1KHz1KHz，mm30%30%的的调幅波的检波，并仿真分析。调幅波的检波，并仿真分析。图图3.3.并联型检波电路图如下：并联型检波电路图如下：实验报告要求实验报告要求n n整理实验数据并作相应曲线整理实验数据并作相应曲线n n计算计算实验内容中两种失真波形的理论实验内容中两种失真波形的理论m m值。值。 实验说明及思路提示实验说明及思路提示n n二极管检波器工作
11、原理及性能要求二极管检波器工作原理及性能要求 大信号包络检波器其用途就是从调幅波中取出大信号包络检波器其用途就是从调幅波中取出低频调制信号。常用的是二极管检波，它是通过低频调制信号。常用的是二极管检波，它是通过二极管的非线性伏安特性进行频率变换，再通过二极管的非线性伏安特性进行频率变换，再通过低通平滑滤波完成检波作用的。原理电路如图低通平滑滤波完成检波作用的。原理电路如图4 4。 对检波器的基本性能要求有：对检波器的基本性能要求有：1.1.传输传输 系数系数K Kd d大：大： 图图4.4.检波器原理电路图如下：检波器原理电路图如下： 当输入信号当输入信号U Ui i为高频等幅正弦波时，检波输
12、出为为高频等幅正弦波时，检波输出为 直流电压，传输系数直流电压，传输系数K Kd d表达式为：表达式为： K Kd d= =检波输出直流电压检波输出直流电压/ /输入高频信号的振幅值输入高频信号的振幅值 当检波器输入信号当检波器输入信号U Ui i为正弦调幅波时，则其输为正弦调幅波时，则其输 出即为正弦信号，其传输系数出即为正弦信号，其传输系数K Kd d可由下式表示：可由下式表示： K Kd d= =输出正弦电压振幅输出正弦电压振幅/ /输入已调波包络振幅输入已调波包络振幅 理论分析可知理论分析可知K Kd d只与电路有关（取决只与电路有关（取决g gD DR RL L），而），而 与输入信
13、号无关。与输入信号无关。 若输入若输入U US SU UC C（1 1mcostmcost）coscosc ct t 则检波输出则检波输出U U0 0K Kd dU UC C（1 1m costm cost）2.2.输入阻抗高：输入阻抗高： Z Zi i可等效为一个电容可等效为一个电容C Ci i和一个电阻和一个电阻R Ri i并联。并联。R Ri i 大小与检波器内阻及导通角大小与检波器内阻及导通角 有关。有关。 C Ci i与结电与结电 容及引线分布电容有关。可见容及引线分布电容有关。可见R Ri i越大越大, C, Ci i越小，越小， 则检波电路对前级（谐振中放）的影响小。理则检波电路
14、对前级（谐振中放）的影响小。理 论分析可按功率守恒计算论分析可按功率守恒计算R Ri i，即有，即有 ( (输入为载波，输出为平均直流电压输入为载波，输出为平均直流电压) ) 从上式可得：从上式可得： 可见：提高可见：提高R RL L对改善对改善R Ri i有利。有利。 3.3.检检波失真小：波失真小： 检波器常有两种失真即惰性失真和底部切割失检波器常有两种失真即惰性失真和底部切割失真。真。a.a.惰性失真：惰性失真： 主要原因是主要原因是负载电负载电 阻、阻、电电容容过过大，在大，在输输入包入包络络的下降的下降沿，因电容沿，因电容 的放电速度慢造成放电的放电速度慢造成放电速度跟不上包络下降速
15、度而产生输出交流失真速度跟不上包络下降速度而产生输出交流失真，又称失随失真或对角线失真。失真除与负载，又称失随失真或对角线失真。失真除与负载有关外，还有输入信号的有关外，还有输入信号的m m值及调制频率值及调制频率F F有关有关。理论分析不失真的条件为。理论分析不失真的条件为 失真现象见图失真现象见图5 5。b.b.底部切割失真：底部切割失真：图图5.5.惰性失真波形图如下：惰性失真波形图如下： 加入加入CgCg后，交直流负载不再相等。直流负载后，交直流负载不再相等。直流负载R RLDLD=R=RL L , ,交流负载交流负载R RLL=R=RL L R Rg g 。因。因U U0 0 = K
16、 Kd dU UC C(1(1mcostmcost）, ,故直流电流故直流电流I Idcdc= K Kd dU Uc c/R/RL L , ,交流电流振幅交流电流振幅I Imm=mK=mKd dU Uc c/R/RL L R Rg g 。 若若R Rg g选取不合适选取不合适, , (R(RL L R Rg g)m)m，必有，必有I ImmI Idc dc 。平均电流会出现负值，因二极管具有单。平均电流会出现负值，因二极管具有单向导电性，负电流不会出现，造成截止，输出向导电性，负电流不会出现，造成截止，输出将随将随CgCg的放电规律变化，的放电规律变化，CgCg的取值很大的取值很大( (常取常取10uf10uf左右左右) )，放电很慢，从而形成平底，造成，放电很慢，从而形成平底，造成失真。可见不失真的条件为：失真。可见不失真的条件为： 为避免失真，可在检波器和为避免失真，可在检波器和RgRg间加入一级射随间加入一级射随器电路或器电路或R RL L用部分接入方式实现。用部分接入方式实现。图图6.6.底部失真波形图如下：底部失真波形图如下：n n设计计算设计计算1.1.设计原则设计原则 检
