0910改高频-振幅调制与解调-检波.ppt.ppt

二极管峰值包络检波器 包络检波器电路形式很多，其中应用最广泛的是二极管峰值包络检波器。其电路组成如下图所示.二极管为非线性器件,起频率变换作用,而RC则组成了低通滤波器. 包络检波器 电路工作原理 由电路可知，加在二极管上的正向电压为u=ui-uo。为分析方便起见，假定二极管导通电压为零，且伏安特性为 由于电容的储能作用,二极管导通与否不仅取决于输入电压ui,还与输出电压uo有关.而输出电压也等于电容两端的电压.当二极管导通时,外电路对电容充电,充电时间常数为rdC.当二极管截止时,电容通过电阻R放电,放电时间常数为RC.由于二极管导通时,电阻很小,所以rdCRC,也就是充电很快完成,而放电则缓慢进行. 设t=t0时,uo=0,即电容处于零状态. 在t0时刻后,电容被充电,由于输入电压是正弦交流电,此后充电和放电交替进行.波形变化如图所示. 由于充放电交替进行,因此波形呈矩齿状变化.可以归纳出以下几条规律: *由于rdR,故上升快,下降慢; *除了起始几个周期外,二极管导通时间均在输入高频振荡信号的峰值附近,且导通时间很短,或者说导通角很小; *正常情况下,导通角越小,曲线与包络线越接近.失真越小,检波效率就越高. (1)检波效率 二极管峰值包络检波器是大信号检波器。在检波过程中二极管处于导通和截止两种状态，因此二极管特性曲线可以用折线近似。 检波效率定义为检波器输出的低频电压幅值与输入高频电压幅值之比. 设输入电压是一个等幅波ui=uimcosωct，则输出电压是直流uo=Uo，二极管两端压降是uD=ui-uo。此时通过二极管的电流与两端电压关系如图所示。由图可见，二极管电流为余弦脉冲，它的导通角为 可见检波效率近似等于cosθ。 通角θ越小，则检波效率越高。 式中Uon是二极管的导通压降。 由于UonUo，所以 通角θ与二极管自身特性有关。通角θ由二极管的电导gD和检波电阻R确定。 检波器的检波效率为 可见根据电阻R和二极管的电导gD可求出θ.检波效率近似等于cosθ.并且gD和R越大, θ越小,检波效率越高.在gDR3的情况下,检波效率为1.为了提高检波效率,要选择gD大的二极管. (2)输入电阻 检波器的输入电阻Ri等于从检波器的输入端看进去的等效输入电阻. 峰值包络检波器由于二极管特性曲线弯曲、元件参数选择不当等原因会产生失真. (3)检波失真 由于二极管伏安特性为指数曲线,二极管的内阻rD随二极管两端的电压ud的减小而增加,因此输出电压uo就会随rD的减小而增加,检波特性就会随输入电压幅度uim的增加而上扬.当输入为调幅波时,输出电压就会由于检波特性的非线性而引起失真.电阻R越大,输入电压幅度越高,检波特性线性越好,失真越小.因此,二极管峰值包络检波器的输入电压必须足够大,以保证检波器始终工作在大信号状态.对于AM调幅波,应当保证在输入电压幅度最小时,检波器仍处于大信号工作状态. 电阻R应选取足够大,以减小检波特性引起的失真. 二极管非线性引起的失真 为了提高电压传输系数和减小检波特性的非线性引起的失真,必须加大电阻R.而电阻R越大,则时间常数RC越大,在二极管截止期间电容的放电速率越小. 当放电速率低于输入电压包络的变化速率时,电容器上的电压不再能跟随包络的变化,从而出现失真.如下图所示. 惰性失真 由于时间常数过大导致电容放电过慢而引起的检波失真称为惰性失真. 惰性失真 惰性失真 怎样避免惰性失真? 既然惰性失真是由于电容放电速率小于输入电压包络的下降速率造成的,因 此要避免惰性失真,只需令电容放电速率大于等于输出电压的减小速率,即有 uo是电容上电压,ui为输入电压 此即不产生惰性失真的条件.可见,调幅指数越大,调制信号的频率越高,电阻R的允许值越小. 检波器的输出信号通常提供给下一级电路使用.下一级电路往往只取用检波器输出的交流信号电压.因此检波器在与下级电路串接时,中间要先串接隔直流电容CC,下级电路的输入电阻则成为检波器的负载.因此, 检波电路的负载网络由C、R、CC、RL组成.如下图所示. 负峰切割失真 为了有效地将检波后的低频信号耦合到下一级,要求耦合电容CC很大.此时,uo中的直流分量几乎都落在CC上,这个直流电压的大小近似为输入载波的振幅uim,所以CC等效为一个电压为uim的电压源,此电压源在R的分压为 这意味着检波器在工作时,其输出端R上将存在一个固定