二極管包絡(luò)檢波器實驗

1、實驗任務(wù)與要求,1.實驗電路及說明 實驗電路如圖1。電路的前面部分是諧振中放，為檢波器提供測量之用，它具有選頻放大作用，中心頻率諧振在4MHZ左右。由D、L、C、R1、RW2等組成檢波器。D為非線性變換元件，L為檢波器提供直流通路之用，C、R1、RW2為檢波器負載。Rg為檢波交流負載。C1為觀測波形失真而設(shè)，33pF、6.8pF及RW1為測量檢波輸入阻抗而設(shè)。它們的接入分別用開關(guān)K1、K2、K3、K4來控制。,圖1.檢波器實驗電路

2、圖如下：,,,輸入調(diào)幅波形如下：,檢波輸出圖形如下：,,2. 惰性失真： 仿真條件：Uim＝1V，F(xiàn)＝1KHZ,RL＝10KΩ，接入0.1μf電容，m＝50％，檢波輸出波形如圖8。,3.底部切割失真： 仿真條件:Uim＝1V，F(xiàn)＝1KHZ，RL＝20kΩ,不 接入0.1uf電容，m＝50%，輸出波形如圖9。,1、實驗前，計算機仿真檢波器當(dāng)其輸入信號分別是正弦波和調(diào)幅波時的輸出波形并改變電路參數(shù)，觀察惰性失真及負峰失真波形。

3、2、基本命題測量檢波器的動特性曲線。 用信號源（EE1641）產(chǎn)生一個等幅信號U1（f1＝2MHZ），測量檢波輸出（*U2是什么信號?）填表繪制特性曲線，并計算U1＝0.7v時的檢波效率Kd＝？ *當(dāng)輸入信號為調(diào)幅信號U1＝0.7v ,F=400Hz，m=0.3時，測量檢波效率Kd＝？ 實驗表格如下：,觀察調(diào)幅波包絡(luò)失真情況。 測試條件：U1＝0.7v，f=5MHz,F＝400HZ a：當(dāng)RL＝10kΩ

4、。接上0.1μf電容，改變m大小使輸出包絡(luò)信號由不失真到剛好出現(xiàn)對角線失真時，記下此時m數(shù)值。,b：當(dāng)RL＝20KΩ。不接入0.1μf電容，改變m大小，記下剛好出現(xiàn)底部切割失真時的m值并與理論值作比較。 測量檢波器的輸入阻抗Z 測試條件： RL=RLmin 測試方法：諧振法 測試原理：檢波器的輸入阻抗相對于諧振中放是一個負載，它的大小直接影響中放的頻率特性（中心頻fo和通頻帶B0.7）接有檢波器中放頻率特性曲線如

5、圖2曲線1，去掉檢波器時，頻率特性變成曲線2。若用一電阻和電容代替檢波器，調(diào)整電阻和電容的大小，使曲線2再回到曲線1的位置。中心頻率和帶寬均變得與曲線1一樣，此時加的電阻和電容參數(shù)值就等效為檢波器的輸入電阻和電容。,圖2.諧振法測檢波器輸入阻抗圖如下：,,擴展命題 a.電路中D反接會有什么情況？用實驗說明； b. 若輸入AM信號過小，會產(chǎn)生什么失真？用實驗說明； c.若檢波器濾波電容C過小，會產(chǎn)生什么失真？用實驗

6、說明； d. 對AM波檢波。從U1和U2處測量，有何差別？ e.要想改善Rg對檢波器的影響，可采取哪些方 法？ f. 什么叫自動增益控制？如何實現(xiàn)？ g.圖3是一個并聯(lián)型檢波電路，D采用2AP9，請自行設(shè)計各電路元件參數(shù)，完成對輸入信號：載頻5MHz，調(diào)制頻率F＝1KHz，m＝30%的調(diào)幅波的檢波，并仿真分析。,圖3.并聯(lián)型檢波電路圖如下：,實驗報告要求,整理實驗數(shù)據(jù)并作相應(yīng)曲線計算實驗

7、內(nèi)容中兩種失真波形的理論m值。,實驗說明及思路提示,二極管檢波器工作原理及性能要求 大信號包絡(luò)檢波器其用途就是從調(diào)幅波中取出低頻調(diào)制信號。常用的是二極管檢波，它是通過二極管的非線性伏安特性進行頻率變換，再通過低通平滑濾波完成檢波作用的。原理電路如圖4。 對檢波器的基本性能要求有：1.傳輸系數(shù)Kd大：,圖4.檢波器原理電路圖如下：,當(dāng)輸入信號Ui為高頻等幅正弦波時，檢波輸出為 直流電壓，傳輸系數(shù)Kd表達式為： Kd=檢

8、波輸出直流電壓/輸入高頻信號的振幅值 當(dāng)檢波器輸入信號Ui為正弦調(diào)幅波時，則其輸 出即為正弦信號，其傳輸系數(shù)Kd可由下式表示： Kd=輸出正弦電壓振幅/輸入已調(diào)波包絡(luò)振幅 理論分析可知Kd只與電路有關(guān)（取決gDRL），而 與輸入信號無關(guān)。 若輸入US＝UC（1＋mcosΩt）cosωct 則檢波輸出U0＝KdUC（1＋m cosΩt）2.輸入阻抗高：,Zi可等效為一個電容Ci和一個電阻Ri并聯(lián)。Ri 大小與檢波器

9、內(nèi)阻及導(dǎo)通角?有關(guān)。 Ci與結(jié)電 容及引線分布電容有關(guān)。可見Ri越大, Ci越小， 則檢波電路對前級（諧振中放）的影響小。理 論分析可按功率守恒計算Ri，即有 (輸入為載波，輸出為平均直流電壓) 從上式可得： 可見：提高RL對改善Ri有利。 3.檢波失真小：,,檢波器常有兩種失真即惰性失真和底部切割失真。a.惰性失真： 主要原因是負載電阻、電容過大，在輸入包絡(luò)的下降沿，因電容?的放電速度慢造

10、成放電速度跟不上包絡(luò)下降速度而產(chǎn)生輸出交流失真，又稱失隨失真或?qū)蔷€失真。失真除與負載有關(guān)外，還有輸入信號的m值及調(diào)制頻率F有關(guān)。理論分析不失真的條件為 失真現(xiàn)象見圖5。b.底部切割失真：,圖5.惰性失真波形圖如下：,加入Cg后，交直流負載不再相等。直流負載RLD=RL ,交流負載RLΩ=RL‖Rg 。因U0 = KdUC(1＋mcosΩt）,故直流電流Idc= KdUc/RL ,交流電流振幅IΩm=mKdUc/RL‖Rg

11、。 若Rg選取不合適, [(RL‖Rg)<m]，必有IΩm＞Idc 。平均電流會出現(xiàn)負值，因二極管具有單向?qū)щ娦?，負電流不會出現(xiàn)，造成截止，輸出將隨Cg的放電規(guī)律變化，Cg的取值很大(常取10uf左右)，放電很慢，從而形成平底，造成失真?？梢姴皇д娴臈l件為： 為避免失真，可在檢波器和Rg間加入一級射隨器電路或RL用部分接入方式實現(xiàn)。,圖6.底部失真波形圖如下：,,設(shè)計計算1.設(shè)計原則檢波二極管選取原則：多用導(dǎo)通

12、電壓小，正向電阻小，反向電阻大，結(jié)電容小，最高工作頻率高的二極管。一般多用點接觸型鍺二極管2AP系列。2AP系列二極管的參數(shù)請見書后附表。負載RL和C的選擇 設(shè)計時考慮的原則： a. , 即C對載頻等效旁路，對低頻等效開路.,b.C»Cd,C大相應(yīng)Cd的作用減小，從而可忽略不計. c.從系統(tǒng)而言:RL↑→Ri↑,RL↑→Kd↑,即負載增加，對輸入阻抗提高及傳輸效率的改善有利.

13、 d.RL↑→會帶來失真。此時可通過底部切割失真和惰性失真的理論計算公式合理給出RL和C.2.設(shè)計計算 技術(shù)指標：載頻fc=4MHZ，調(diào)制頻率F=400HZ， 輸入調(diào)幅系數(shù)m＝0.3. 已知條件：二極管用2AP9，其參數(shù)為rd=100Ω， Cd＝1pf,下級等效輸入阻抗為10kΩ。確定RL和C,根據(jù)前述設(shè)計原則: a.以不出現(xiàn)底部失真來確定RLmax 應(yīng)有： 代入m＝0.3，Rg =10KΩ 有RL

14、max≤0.7Rg/0.3≈23.3kΩ,故取標稱最大值 Rlmax=20kΩ b.以不出現(xiàn)惰性失真來確定電容C 應(yīng)有： 代入Rlmax=20kΩ，Ω=2πF,從而確定C≤0.029μF 又因1/ΩC »RL’,有C«1/ΩRL’≈0.13μF 綜合上述條件，取C＝4700PfCg為隔直電容，取做10uf工程估算Kd： gd=1/rd ， 因此Kd=cosθ=0.78 綜合

15、以上分析，考慮測試方便，可取負載RL為 5.1kΩ電阻和47kΩ電位器串聯(lián)。C取4700PF, 為便于觀察惰性失真，特用開關(guān)控制一并聯(lián) 0.1μF電容。,精品課件！,精品課件！,仿真分析（僅供參考） 1.輸入信號為調(diào)幅波，Uim=1V, m=30%, F=1KHZ，RL=Rmin=51kΩ。輸入輸出波形對比如圖7(a),(b) 由圖可見，交流檢波效率 Kd=UΩm/mUim=0.25/0.3≈0.83