有線通信中包絡(luò)檢波器設(shè)計書

1、<p>　　有線通信中包絡(luò)檢波器設(shè)計書</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　無線通信的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，首先，遠(yuǎn)古時期的手段是用烽火和旗語。其次，到近代出現(xiàn)了有線通信，其中著名的發(fā)明就是1837年Morse發(fā)明得電報和1876年Bell發(fā)明的電話。電話的發(fā)明加速了通信領(lǐng)域的發(fā)展，為無線通信的出現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。無線通信的出現(xiàn)

2、加快了現(xiàn)代通信領(lǐng)域的飛速發(fā)展。</p><p>　　無線通信(Wireless Communication)是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式，近些年信息通信領(lǐng)域中，發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無線通信技術(shù)。在移動中實(shí)現(xiàn)的無線通信又通稱為移動通信，人們把二者合稱為無線移動通信。無線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信

3、容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯(lián)系。</p><p>　　無線通信系統(tǒng)可以分為：信源、調(diào)制、高頻功放、天線、高頻小放、混頻和解調(diào)。其中解調(diào)就是從高頻已調(diào)信號的過程，又稱為檢波。對于振幅調(diào)制信號，解調(diào)就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號的過程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，實(shí)質(zhì)上是將高頻信號搬移到低頻段，這種搬移正好與調(diào)制的搬

4、移過程相反。振幅解調(diào)方法可以分為包絡(luò)檢波和同步檢波。包絡(luò)檢波是指解調(diào)器輸出電壓與輸入已調(diào)波的包絡(luò)成正比的檢波方法。由于AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號呈線性關(guān)系，因此包絡(luò)檢波只適用于AM波。</p><p>　　包絡(luò)檢波是從調(diào)幅波包絡(luò)中提取調(diào)制信號的過程：先對調(diào)幅波進(jìn)行整流，得到波包絡(luò)變化的脈動電流，再以低通濾波器濾除去高頻分量，便得到調(diào)制信號。包絡(luò)檢波電路有很多種，無源的有二極管檢波，有源的有三極管、運(yùn)放等；還有單向檢

5、波、橋式檢波、同步檢波等等。最簡單的，也是用得最多的就是二極管和三極管。</p><p>　　此次設(shè)計就是利用二極管和低通濾波器實(shí)現(xiàn)AM包絡(luò)檢波，得到不失真的調(diào)制信號。</p><p>　　2 包絡(luò)檢波器設(shè)計原理</p><p><b>　　2.1原理框圖</b></p><p>　　包絡(luò)檢波主要用于普通調(diào)幅(AM)信號

6、的解調(diào)，主要由二極管和低通濾波器組成原理框圖如圖1：</p><p>　　圖1 包絡(luò)檢波器原理框圖</p><p>　　因 經(jīng)由非線性器件后輸出電流中含有能線性反映輸入信號包絡(luò)變化規(guī)律的音頻信號分量（即反映調(diào)制信號變化規(guī)律）。所以包絡(luò)檢波僅適用于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制波的解調(diào)。此電路不需要加同步信號，電路顯得較簡單。</p><p>　　調(diào)幅波的波形及頻譜如圖2：</p&g

7、t;<p>　　圖2 調(diào)幅波的波形及頻譜</p><p>　　包絡(luò)檢波后的調(diào)制信號波形與頻譜如圖3：</p><p>　　圖3 調(diào)制信號的波形及頻譜</p><p><b>　　2.2原理電路</b></p><p>　　包絡(luò)檢波電路的組成：輸入回路、二極管VD 、RC低通濾波器，如圖4所示：</p&

8、gt;<p><b>　　圖4 包絡(luò)檢波電路</b></p><p>　　在圖4中，VD 起整流作用，C起高頻濾波作用，R作為檢波器的低頻負(fù)載在其兩端輸出已恢復(fù)的調(diào)制信號。</p><p>　　RC低通濾波電路有兩個作用： </p><p>　　(1)對低頻調(diào)制信號來說，電容C的容抗相當(dāng)大，電容C相當(dāng)于開路，電阻R就作為檢波器的負(fù)

9、載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓 </p><p>　　(2)對高頻載波信號來說，電容C的容抗特別小，電容C相當(dāng)于短路，起到對高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號。 </p><p>　　理想情況下，RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的阻抗為: </p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　2.3工

10、作原理分析</b></p><p>　　原理電路如圖5，當(dāng)輸入信號為調(diào)幅波時，那么載波正半周時二極管導(dǎo)通，輸入高頻電壓通過二極管對電容C充電，充電時間常數(shù)為。因?yàn)檩^小，充電很快，電容上電壓建立的很快,輸出電壓很快增長 。 </p><p>　　作用在二極管VD兩端上的電壓為與之差，即。所以二極管的導(dǎo)通與否取決于： </p><p><b>　　

11、當(dāng)，二極管導(dǎo)通；</b></p><p><b>　　當(dāng) ，二極管截止。</b></p><p>　　達(dá)到峰值開始下降以后，隨著的下降，當(dāng)，即時，二極管VD截止。C把導(dǎo)通期間儲存的電荷通過R放電。因放電時常數(shù)RC較大，放電較緩慢。</p><p>　　圖5 二極管對電容C充電原理</p><p>　　圖6 電

12、容C放電原理</p><p>　　檢波器的有用輸出電壓： （2）</p><p>　　檢波器的實(shí)際輸出電壓為： （3）</p><p>　　當(dāng)電路元件選擇正確時，高頻紋波電壓很小，可以忽略。</p><p>　　輸出電壓為： 包含了直流及低頻調(diào)制分量。</p><

13、p>　　其輸出電壓波形如圖8：</p><p>　　圖7 包絡(luò)檢波原理圖</p><p>　　圖8 包絡(luò)檢波器輸出電壓</p><p>　　2.4 峰值包絡(luò)檢波器的輸出電路 </p><p><b>　　圖9 檢波電路</b></p><p>　　檢波電路如圖9所示。電容的隔直作用，直流分量

14、被隔離，輸出信號為解調(diào)恢復(fù)后的原調(diào)制信號，一般常作為接收機(jī)的檢波電路。</p><p>　　2.5 電壓傳輸系數(shù)</p><p>　　檢波器傳輸系數(shù)或稱為檢波系數(shù)、檢波效率，是用來描述檢波器對輸入已調(diào)信號的解調(diào)能力或效率的一個物理量，是指檢波電路的輸出電壓和輸入高頻電壓振幅之比。 </p><p>　　當(dāng)檢波電路的輸入信號為高頻等幅波：即 時，</p>

15、<p><b>　　當(dāng)輸入高頻調(diào)幅波時</b></p><p>　　定義為輸出低頻信號分量的振幅與輸入高頻調(diào)幅波包絡(luò)變化的振幅的比值， （4）</p><p>　　若設(shè)輸入信號 （5）</p><p>

16、　　輸出信號為 （6）</p><p>　　則加在二極管兩端的電壓（）</p><p>　　如果下圖所示的折線表示二極管的伏安特征曲線(注意在大信號輸入情況下是允許的)，則有：</p><p><b>　　當(dāng)時</b></p><p><b>　　可見有兩部

17、分：</b></p><p>　　直流分量： （7）</p><p>　　低頻調(diào)制分量： （8）</p><p><b>　　圖10 包絡(luò)檢波圖</b></p><p>　　

18、圖11 二極管特性曲線</p><p>　　所以有，—電流通角(二極管導(dǎo)通角度)。</p><p>　　2.6檢波器的惰性失真</p><p>　　一般為了提高檢波效率和濾波效果(C越大，高頻波紋越小)，總希望選取較大的R，C值，但如果取值過大，使R，C的放電時間常數(shù)所對應(yīng)的放電速度小于輸入信號(AM)包絡(luò)下降速度時，會造成輸出波形不隨輸入信號包絡(luò)而變化，從而產(chǎn)生失

19、真，這種失真是由于電容放電惰性引起的，故稱為惰性失真。</p><p>　　圖12 包絡(luò)檢波惰性失真波形</p><p>　　原因：由于負(fù)載電阻R與負(fù)載電容C的時間常數(shù)RC太大所引起的。這時電容 C上的電荷不能很快地隨調(diào)幅波包絡(luò)變化，從而產(chǎn)生失真（電容C兩端電壓通過R放電的速度太慢）。</p><p>　　輸入AM信號包絡(luò)的變化率>RC放電的速率</p&

20、gt;<p>　　改進(jìn)措施：為避免產(chǎn)生惰性失真,必須在任何一個高頻周期內(nèi),使電容C通過R放電的速度大于或等于包絡(luò)下降速度。</p><p>　　避免產(chǎn)生惰性失真的條件：在任何時刻，電容C上電壓的變化率應(yīng)大于或 等于包絡(luò)信號的變化率： （9） </p><p>　　即得出不失真條件：

21、 （10）</p><p>　　2.7檢波器的底部切割失真</p><p>　　原因：一般為了取出低頻調(diào)制信號，檢波器與后級低頻放大器的連接如圖13所示：</p><p>　　圖13 包絡(luò)檢波應(yīng)用型電路</p><p>　　圖14 底部切割失真波形圖</p><p&

22、gt;　　如圖14所示越小，分壓值越大，底部切割失真越容易產(chǎn)生；另外，值越大，調(diào)幅波包絡(luò)的振幅越大，調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值越小，底部切割失真也越易產(chǎn)生。 </p><p>　　改進(jìn)的措施：要防止這種失真，必須要求調(diào)幅波包絡(luò)的負(fù)峰值 大于直流電壓，即 （11）</p><p>　　避免底部切割失真的條件為：

23、 式中R為直流負(fù)載電阻。 </p><p>　　3包絡(luò)檢波器電路設(shè)計</p><p>　　根據(jù)包絡(luò)檢波原理設(shè)計出包絡(luò)檢波電路，電路圖如圖15所示：</p><p>　　圖15 包絡(luò)檢波設(shè)計電路</p><p>　　XPC1是AM信號，載波幅度為3V，頻率為10MHz，調(diào)制信號的頻率為1KHz，調(diào)制幅度為60%。</p

24、><p>　　SD41是檢波二極管，用于整流。</p><p>　　電容C1、電阻R1、電阻R2構(gòu)成低通濾波器。C起高頻濾波作用，R作為檢波器的低頻負(fù)載在其兩端輸出已恢復(fù)的調(diào)制信號。對低頻調(diào)制信號來說，電容C的容抗相當(dāng)大，電容C相當(dāng)于開路，電阻R就作為檢波器的負(fù)載，其兩端產(chǎn)生輸出低頻解調(diào)電壓。對高頻載波信號來說，電容C的容抗特別小，電容C相當(dāng)于短路，起到對高頻電流的旁路作用，即濾除高頻信號。

25、</p><p>　　電容C2的隔直作用，直流分量被隔離，輸出信號為解調(diào)恢復(fù)后的原調(diào)制信號。</p><p>　　在已知調(diào)制系數(shù)m下滿足避免惰性失真條件 和滿足避免底部切割失真條件 下選擇合適的參數(shù)使包絡(luò)檢波器產(chǎn)生不失真的波形。</p><p>　　AM調(diào)幅信號在經(jīng)過選用合適的二極管、低通濾波器電

26、容C和電阻R的參數(shù)后在R兩端輸出調(diào)制信號，完成包絡(luò)檢波。</p><p>　　根據(jù)仿真電路運(yùn)行電路觀察不失真的輸出與輸入的波形如圖17所示：</p><p>　　圖16 包絡(luò)檢波器輸入輸出波形</p><p>　　從圖16可以讀出輸入信號的頻率為，包絡(luò)的最大值為，包絡(luò)的最小值為；輸出波形的頻率為，幅度為。</p><p><b>　

27、　4調(diào)試</b></p><p>　　4.1 AM發(fā)射機(jī)實(shí)驗(yàn)</p><p>　?。?）將振蕩模塊中撥碼開關(guān)S2中“4”置于“ON”即為晶振。將振蕩模塊中撥碼開光S4中“3”置于“ON”，“S3”全部開路。用示波器觀察J6輸出10MHz載波信號，調(diào)整電位器VR5，使其輸出幅度為0.3V左右。</p><p>　?。?）低頻調(diào)制模塊中開關(guān)S6撥向左端，短路

28、塊J11，J17連通到下橫線處，將示波器連接到振幅調(diào)制模塊中就J19處（TZXH1），調(diào)整低頻調(diào)制模塊中VR9，使輸出1KHZ正弦信號。</p><p>　?。?）將示波器接在J23處可觀察到普通調(diào)幅波。</p><p>　?。?）將前置放大模塊中J15連通到TF下橫線處，用示波器在J26處可觀察到放大后的調(diào)幅波。改變VR10可改變前置放大單元的增益。</p><p&g

29、t;　?。?）調(diào)整前置放大模塊VR10使J26輸出1Vpp左右的不失真AM波，將功率放大模塊中J4連通，調(diào)節(jié)VR4使J8（JF.OUT）輸出6Vpp左右不失真的放大信號。</p><p>　　（6）將J5，J10連通到下橫線處，開關(guān)S1撥向右端（+12V）處，示波器在J13（BF.OUT）可觀察到放大后的調(diào)幅波，改變電位器VR6可改變丙放的放大量。</p><p>　　4.2 AM接收機(jī)實(shí)

30、驗(yàn)</p><p>　　（1）在小信號放大器模塊J30處（XXH,IN）處加入10MHZ小于50mv的調(diào)幅信號，調(diào)幅度小于30%。</p><p>　?。?）將晶體管混頻模塊中J33，J34均連通到下橫線處，示波器在輸出端J36（J.H.OUT）端可觀察到混頻后6.455MHZ的AM波。</p><p>　　（3）調(diào)整中周CP3及VR13使J36處輸出電壓最大。&l

31、t;/p><p>　?。?）將J29連通到J.H.IN下橫線處，開關(guān)S9撥向右端，調(diào)整VR14使二次混頻輸出J38（Z.P.OUT）輸出0.2V,455KHZ不失真的調(diào)幅波。</p><p>　?。?）連通中放模塊中J40到下橫線處，在中放輸出端J55處可觀察到放大后的AM波，如圖18所示。</p><p>　　圖17 輸入AM波形</p><p&g

32、t;　　（6）調(diào)諧中周CP6使J55輸出3V左右的AM信號。</p><p>　?。?）振幅解調(diào)處與包絡(luò)檢波器的信號輸入端接入電路，將信號輸出端接入示波器，則可以觀察到放大后的低頻信號，解調(diào)后的低頻信號如圖19所示。</p><p>　　圖18 解調(diào)后輸出波形</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>

33、;　　[1] 曾興文，劉乃安，陳健.高頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，2007</p><p>　　[2] 張肅文等.高頻電子線路[M](第四版).北京：高等教育出版社，2004</p><p>　　[3] 路而紅等.虛擬電子實(shí)驗(yàn)室[M].北京：人民郵電出版社，2006</p><p>　　[4] 華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)[M](第四版).北京：高等教育

34、出版社，2006</p><p>　　[5] 清華大學(xué)通信教研組.高頻電路[M].北京：人民郵電出版社，1979</p><p>　　[6] 楊欣，王玉鳳.電子設(shè)計從零開始[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009</p><p>　　[7] 謝嘉奎.高頻電子線路[M](第二版).北京：高等教育出版社，1984</p><p>　　[8] 武秀玲

35、，沈偉慈.高頻電子線路[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1995</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次的設(shè)計，給我的印象很深。剛拿到課程設(shè)計的題目時侯感覺這次課程設(shè)計的內(nèi)容不太難，但是當(dāng)開始進(jìn)行設(shè)計的時候感覺電路原理比較簡單，但是參數(shù)的選擇比較難。后來在查了一些資料和計算后對各個參數(shù)的選擇有了大致的了解，然后經(jīng)過多次的的修改終于設(shè)

36、計出比較滿意的作品。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，對本課題有了一定的了解。但是，在對該課題有一定的了解的前提下，也發(fā)現(xiàn)了很多問題。認(rèn)識到理論與實(shí)踐之間的差距，聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用去理解只是比一大堆理論來的直接與清晰明了。在設(shè)計中難免會遇到很多學(xué)習(xí)中不會注意到的問題，比如說在調(diào)制中在取元件的某些值后輸出是失真的波形，在設(shè)計并沒有想過會存在那樣多的問題，當(dāng)著手時才發(fā)現(xiàn)要完成一個信號的調(diào)制與解調(diào)，在元件、電路和取值

37、都要有一部分的要求。做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。認(rèn)識來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個課程設(shè)計對我們的作用是非常大的，同時通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把

38、所學(xué)的理論知識與實(shí)踐結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考能力。此次課程設(shè)計學(xué)到了許多可能學(xué)不到的東西，比如多利思考解決問題的能力，出現(xiàn)差錯</p><p>　　最后感謝李欣老師的耐心指導(dǎo)，這次的課程設(shè)計是在李欣老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從課題的選擇到論文的最終完成，李欣老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在我調(diào)試中，多次詢問我調(diào)試進(jìn)度，為我指點(diǎn)迷津，幫助我順利完成

39、調(diào)試。感謝李欣老師在我設(shè)計電路時給我的理論指導(dǎo)，對我?guī)椭艽蟆Ｔ俅沃?jǐn)向李欣老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！</p><p>　　在說明書即將完成之際，我的心情無法平靜。本說明書的完成遠(yuǎn)非終點(diǎn)，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上一個個新的起點(diǎn)。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄A 元件清單&l