高频课程设计AM信号包络检波器.docx

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高频课程设计AM信号包络检波器

铜陵学院

通信电路课程设计

AM信号包络检波器

系别班级：

电气系08通信

指导教师：

王老师

实验日期：

第17周

2010——2011学年度第一学期

一．设计目的……………………………………………………………3

二、设计内容及原理…………………………………………………3

三、设计的步骤及计算………………………………………………4

1.电压传输系数…………………………………………………………7

2.流通角…………………………………………………………………7

3.参数选择………………………………………………………………8

四、设计的结果与结论………………………………………………10

1．结果…………………………………………………………………10

2．结论…………………………………………………………………11

3．心得体会……………………………………………………………11

五、参考文献…………………………………………………………12

AM信号包络检波器

一、设计目的：

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2AP12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15MHz正弦波。

●调制信号：

1KHz正弦波，幅度大于1V，调制度为60%。

●输出信号：

无明显失真，幅度大于5V。

一．设计内容及原理：

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原理，是大多数设备发射与接收的基本部分。

因为本次课题要求调制信号幅度要大于1V，而输出信号幅度需要大于5V，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EDA软件Multisim进行仿真来验证设计结果

设计框图如下：

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。

检波原理电路图图1

三、设计的步骤及计算

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2所示：

图2

这个电压建立后，通过信号源电路，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2中t1到t2的时间为二极管导通的时间，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。

如图二中t2至t3时间为二极管截止的时间，在次时间内电容又通过负载R放电。

这样不断地反复循环。

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，达到了解得目的。

图3二极管导通

图4二极管截止

图5

1.电压传输系数

由于输入大信号，检波器工作在大信号状态，二极管的伏安特性可用折线近似。

考虑输入为等幅波，采用理想的高频滤波，并以通过远点的折线表示二极管特性（忽略二极管的导通电压VP），则

gD=1/rd,

为流通角。

iD是周期性余弦脉冲，

由此可见，检波器电压传输系数Kd是检波器电流iD的通脚

的函数，求出

后，就得到Kd。

2．流通角

二极管电流ID为一重复频率wi的周期余弦脉冲，器通角为

，振幅最大为IDmax

其平均分量I0为

基频分量

式中，a0（

），a1（

）为电流分解系数。

可得

的近似表达式如下

此处的R为检波负载，gD为检波器内电导。

运放电路如下：

图6

3.参数选择设置：

（1）电容C队载波信号应近似短路，所以1/Wc<（5-10）Wc

（2）为了避免惰性失真应有必须使电容C通过R放电的速率大于或等于包络的下降速率，即

如果输入信号为单音调制的AM波，其包络

的变化速率为

又因为

电容两端电压近似为输入电压包络值，即

。

综合可得避免惰性失真的条件如下：

将已知条件带入，可计算的

（3）设R1/R2=0.2,则R1=R/6,R2=5R/6;为避免底部失真应有Ma

由于检波器的输入电阻Ri不能太小，而Ri=R/2,所以R不能太小，综合考虑以往经验，R=1.2K另取C=0.01uF。

所以RC=0.12*103满足要求，所以

（4）Cc的取值应该是低频调制信号能有效的耦合到RL上，即满足：

1/nminCc<

R0是取消频率分量的电阻，R0=1.2K

同样运算放大电路的放大比例K=（1+Rf/R6）,设定放大电路的K=6，可得到Rf=5，R6=10k，则Rf=50K，为了减少R5=R6/Rf带入已知条件得到R5=8.3K

四、设计的结果与结论

（1）结果：

电路仿真图如下

图7包络检波器输出波形

（2）调幅电路又称幅度调制电路，是指能使高频载波信号的幅度随调制信号（通常是音频）的规律而变化的调制电路。

幅度调制电路有多种电路型式，现介绍一种简易的振幅调制电路，该电路的载波由高频信号发生器产生，经放大后和调制信号经乘法器后，输出抑制载波的双边带调幅波，输出的双边带调辐波与放大后的载波再经过相加器后，即可产生普通调幅波。

采用AM调幅波的通用检波方式—包络检波。

选用合适的整流器，合理调节低通滤波器各元件系数，清晰再现调制信号。

（3）心得体会：

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

五、参考文献

●《高频电子线路》黄亚平机械工业出版社

●《通信电路》沈伟慈西安电子科技大学

●《高频电子实验指导手册》铜陵学院校出版社

●《高频电子线路》胡宴如高等教育出版社

●《模拟电子技术基础》童诗白、华成英高等教育出版社

●《电路设计与仿真——基于Multisim8与Protel2004》

杨欣、王玉凤、刘湘黔清华大学出版社