检波器设计(完整版)

职业技术学院

学生课程设计报告

课程名称： 高频电路课程设计 专业班级： 信工 102 姓 名： 学 号： 20110311202 学 期： 大三 第一学期

目 录

1课程设计题目…………………………………………… 2课程设计目的 ………………………………………… 3课程设计题目描述和要求…………………………… 4课程设计报告内容………………………………………

4.1二极管包络检波电路的设计……………………… 4.2同步检波器的设计 …………………………… 5结论 …………………………………………………… 6结束语……………………………………………………… 7参考书目…………………………………………………… 8附录 ………………………………………………………

摘要

振幅调制信号的解调过程称为检波。有载波振幅调制信号的包络直接反映调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方法进行检波。而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变换规律，无法用包络检波进行解调，所以要采用同步检波方法。 同步检波器主要是用于对DSB和SSB信号进行解调（当然也可以用于AM）。它的特点是必须加一个与载波同频同相的恢复载波信号。外加载波信号电压加入同步检波器的方法有两种。利用模拟乘法器的相乘原理，实现同步检波是很简单的，利用抑制载波的双边带信号Vs（t）,和输入的同步信号（即载波信号）Vc（t），经过乘法器相乘，可得输出信号，实现了双边带信号解调

课程设计作为高频电子线路课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。

另一方面也可使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型高频电子线路的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。

通过设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶段。

一、 课程设计题目:AM解调器设计

二、 课程设计目的：

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。 三、 课程设计题目描述和要求

输入AM信号，其载波频率为15MHz，调制信号为1KHz 正弦波；已调波幅度为幅度1V，调制度为60%；要求设计AM解调器，具体要求如下： 1) 用检波二极管2AP12设计 ——AM信号包络检波器，完成给定输入信号参数下的滤波器的计算；完成惰性失真和负峰切割失真条件产生的元件参数分析； 2）AM信号同步检波器

(1)用模拟乘法器MC1496设计一AM信号同步检波器； (2)采用PLL完成参考信号的获取。

四、课程设计报告内容

4.1二极管包络检波设计

4.1.1工作原理

信号包络检波是高频输入信号的振幅大于0.5伏时，利用二极管对电容c充电，加反向电压时截止，电容c上电压对电阻R放电这一特性实现的。分析时采用折线法

1．包络检波电路及工作原理

图4―1(a)是二极管峰值包络检波器的原理电路。它是由输入回路、二极管VD和RC低通滤波器组成。

(6-1)

式中,ωc为输入信号的载频,在超外差接收机中则为中频ωI为调制频率。在理想情况下,RC网络的阻抗Z应为

(6-2)

图4―1 二极管峰值包络检波器

(a) 原理电路 (b)二极管导通 (c)二极管截止

图4―2 加入等幅波时检波器的工作过程

从这个过程可以得出下列几点:

(1)检波过程就是信号源通过二极管给电容充电与电容对电阻R放电的过程。 (2)由于RC时常数远大于输入电压载波周期,放电慢,使得二极管负极永远处于正的较高的电位(因为输出电压接近于高频正弦波的峰值,即Uo≈Um)。 (3)二极管电流iD包含平均分量(此种情况为直流分量)Iav及高频分量。

图4―3检波器稳态时的电流电压波形

图4―4 输入为AM信号时检波器的输出波形图

图4―5输入为AM信号时,检波器二极管的电压及电流波形

图4―6包络检波器的输出电路 4.1.2检波失真

检波器输出电压波形与输入信号包络之间，最好有时间上的延迟或幅度上的线形比例变化，而不能出现非线性或线性失真。但是，但一些条件无法满足时，就会有一下是真 1)惰性失真

在二极管截止期间,电容C两端电压下降的速度取决于RC的时常数。

必须满足RC?21?mama?max，

图4―9 惰性失真的波形

2) 底部切削失真

底部切削失真产生的原因是因为交直流负载不一致，要避免底部切削失真应满足：ma?RgR?Rg?R? R?

图6―10底部切削失真

4.13元器件参数计算：

（1）由于电路属于峰值包络检波器，所以一般选用正向电阻小、反向电阻大，结电容小而开关速度较快的2AP12。

（2）RC时间常数应同时满足无惰性失真和频率失真条件：

①电容C1=C2=C应该对载频及其谐波分量近似短路（旁路作用），故应该

5~10~

RC??1，，通常取 (经验公式). RC?WcWc

②将已知条件代入避免惰性失真条件RC?21?mama?max可得

?3.33~6.67??10?5?RC?1.33?10?3

③应该满足无底部切削失真条件

设输出电阻，Rl?10k?，

RgR?RgR1R5R?0.2 ，则R1?，R2?。为避免底部切R266R?，R?R1?R2，R??R?R2//RL。代入条件R?削失真，应该有ma??可得R?11k?，因为检波器的输入电阻Ri不应太小，而Ri?R，所以R不能太2小，取R?3k?，另取C=0.2uF，这样RC?6?10?4，满足上一步对时间常数的要求。因此R1?0.5k?，R2?2.5k?。

④Cc取值应使低频信号有效到负载电阻RL上，即满足Cc??Cc=47uF。

图4.1.10 二极管包络检波原理图

1，取

RL?min

4.2 同步检波设计

4.2.1 设计原理

在模拟乘法器MC1496的一个输入端输入振幅调制信号如抑制载波的双边带信号US?t??Usmcos?ctcos?t，另一输入端输入同步信号（即载波信号）

Uc?t??Ucmcos?ct，经乘法器相乘，由式（7-9）可 得输出信号U0（t）为

Uo?t??KEUs?t?Uc?t? 111?KEUsmUcmcos?t?KEUsmcos?2?c???t?KEUsmUcm?2?c???t244（条件：Ux?UC?26mV，Uy?US为大信号） （4.2.1）

上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，后两项为高频分量，可用低通滤波器滤掉，从而实现双边带信号的解调。

若输入信号US?t?为单边带振幅调制信号，即 ，则乘法器的输U0?t?为： 1Uo?t??KEUsmUcmcos?2?c???tcos?Ct2 （4.2.2）

11?KEUsmcos?t?KEUsmUcm?2?c???t44上式中，第一项是所需要的低频调制信号分量，第二项为高频分量，也可以被低通滤波器滤掉。

如果输入信号US?t?为有载波振幅调制信号，同步信号为载波信号UC?t?,利用乘法器的相乘原理，同样也能实现解调。

设Us?t??Usm?1?mcos?t?coswc?t?， uc?t??ucmcoswc?t? 则输出电压u0?t?为

u0?t??KEus?t?uc?t?

111KEusmucm?KEmucmcos?t?KEusmucmcos2wct 2221+KEmusmucmcos?2wc???t 41+KEmusmucmcos?2wc???t （4.2.3） 4?上式中，第一项为直流分量，第二项是所需要的低频调制信号分量，后面三项为高频分量，利用隔直电容及低通滤波器可滤掉直流分量及高频分量，从而实现了有载波振幅调制信号的解调。

同步检波电路与包络检波不同,检波时需要同时加入与载波信号同频同相的同步信号。利用乘法器可以实现调幅波的乘积检波功能,普通调幅电压乘积器的原理框图如图2.1所示。

图4.2.1 普通调幅电压乘积器原理框图

图4.2.1中,设输入信号UAM(t)为普通调幅信号:

UAM?UXM(1?macos?yt)cos?xt （4.2.1）

限幅器输出为等幅载波信号 ,乘法器将两输入信号进行相乘后输出信号为: vo(t)?KEvs(t)vc(t) （4.2.2） 再通过低通滤波器作为乘法器的负载,将所有高频分量去除,并用足够大的电容器隔断直流分量,就可以得到反映调制规律的低频电压。

4.2.2同步检波器原理

这种方法是将外加载波信号电压与接收信号在检波器中相乘，再经过低通滤波

器，最后检出原调制信号，如图4.2.2所示。

图4.2.2乘积型同步检波器

设输入的已调波为载波分量被抑制的DSB信号u1为：

u1?U1cos?tcos?t

（4.2.3）

本地载波电压： uc?Uccos(?ct??) （4.2.4） 上两式中，?c??1，即本地载波的角频率等于输入信号的角频率，它们的相位不一定

相同 u2?U1UCcos?tcos?1tcos(?1??) （4.2.5） 低通滤波器滤除2?1附近的频率分量后，得到频率为?的低频信号： 1 uo?U1UCcos?cos?t （4.2.6）

2由上式可见，低频信号的cos?成正比。当?=0时，低频信号电压最大，随着相位差

变大，输出电压变小。所以我们不但要求本地载波与输出信号载波的角频率必须相等。

4.2.3元器件选择

根据上述对比，采用乘积型同步检波器。此电路中最关键的电子元件是乘法器，这里我们选择的是集成模拟乘法器，集成模拟乘法器是完成两个模拟信号（电流或电压）相乘的电子器件。采用集成模拟乘法器实现上述功能比采用分立器件要简单的多，而且性能优越。从价格和性能的角度我们选择MC1496芯片实现模拟乘法器功能。

MC1496是爽平衡四象限模拟乘法器，VT1、VT2与VT3、VT4组成双差分对放大器。其内部结构如图3.1所示。

图3.1 MC1496的内部电路及引脚图

4.2.4 静态工作点设置

MC1496可以采用单电源供电，也可以采用双电源供电。器件的静态工作点由外接元件确定。

ａ、静态偏置电压的确定

静态偏置电压的设置应保证各个晶体管工作在放大状态，即晶体管的集—基极间的电压应大于或等于2V，小于或等于最大允许工作电压。根据MC1496的特性参数，应用时，静态偏置电压（输入电压为0时）应满足下列关系，即

u8?u10,u1?u4,u6?u12 (4.2.7)

15V?(u6,u12)?(u8,u10)?2V?? 15V?(u8,u10)?(u1,u4)?2.7V? （4.2.8）

?15V?(u1,u4)?u5?2.7V?

ｂ、静态偏置电压的确定

一般情况下，晶体管的基极电流很小，对于图7-1（a），三对差分放大器的基极电流I8、I10、I1和I4可以忽略不记，因此器件的静态偏置电流主要由恒流源I0的值确定。当器件为单电源工作时，引脚14接地，5脚通过一电阻R5接正电源（+UCC的典型值为+12V），由于I0是I5的镜像电流，所以改变电阻R5可以调节I0的大小，即

PD=2I5(V6-V14)+I5(V5-V14) （4.2.9)

根据MC1496的性能参数，器件的静态电流应小于4mA，一般Io=I5=1mA。器件的总散耗功率可以由下式估算出PD应小于器件的最大散耗功率为33mW。

4.2.5 同步检波电路

根据公式4.2.3可知，要实现同步检波需将与高频载波同频的同步信号与已调信号相乘，实现同步解调。经过低通滤波器滤除2?1附近的频率分量后，得到频率为Ω的低频信号：

1 uo?U1UCcos?cos?t （4.2.9）

2同步检波亦采用模拟乘法器MC1496将同步信号与已调信号相乘，其电路图如图下所示。vx端输入同步信号或载波信号vc，vy端输入已调波信号vs，输出端

接有电阻R11、C6组成的低通滤波器和1uF的隔直电容，所以该电路对有载波调幅信号及抑制载波的调幅信号均可实现解调，但要合理的选择低通滤波器的截止频率。

图4.2.4 -解调后波形 4.2.6电路图

五、结论

二极管包络检波的结构简单，造价便宜，主要是进行AM波的解调；同步检

波的结构较复杂，主要进行DSB解调

六、结束语

本次课程设计选取的是书本上现成的电路原理图 ，在设计方面相对而言比较容易，但是在制作仿真过成和做设计报告的过程中确实遇到了很多的问题，而这些问题正是我们今后学习工作的重点问题或者说是应该是必须掌握的技能。

首先，设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。

要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚韧的毅力。设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。分析问题的原因以及可能出现问题的地方，在此期间是考验我们学习能力的最关键的时刻，同时也是获取经验的最好的途径。这位今后的工作奠定了坚实的基础，也是此次课程设计的获益最多的环节。

其次，设计报告的书写也是此次课程设计的一个重要环节。可以说设计的好坏都取决于设计报告的好坏。书写报告是对word运用的一大考验，以前很多东西，比方说绘制表格

以及很多特殊符号，画图都是很陌生的问题。经过了此次报告的书写基本上熟悉了这些操作，办公软件应用整体上有了提高。

总体来说，这次实习我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。 最后感谢老师的指导和各位同学的帮助。

七、参考书目：

[1] 张肃文. 高频电子线路. 第四版. 北京：高等教育出版社，2004年。

[2] 杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计. 哈尔滨工程大学出版社，2001年。 [3] 杨欣、王玉凤、刘湘黔，电路设计与仿真——基于Multisim 8与Protel 2004。 清华大学出版社，2006年

[4] [日]铃木雅臣著、邓学译 高低频电路设计与制作 科学出版社，2006 [5] 郝晓剑 仪器电路设计与应用 电子工业出版社，2007

[6] 童诗白 模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社，2006 [7] 樊昌信 曹丽娜 通信原理（第六版）国防工业出版社，2010

[8] 康晓明 卫俊玲 电路仿真与绘图快速入门教程 国防工业出版社，2009 [9] [日]黒田 彻 著 周南生译 晶体管电路设计与制作 科学出版社，2006 [10] 高瑜翔 高频电子线路 科学出版社 2008

八、附录

1. 二极管包络所需元器件：

二极管2AP12，2个0.01uF电容，1个47uF电容，1个1k?电阻。1个5k?电阻，1个10k?电阻，1个调制信号源，1个双踪示波器。 2.同步检波所需元器件：

8个2N2222，1个1DH62，2个1BH62，3个0.1uF电容，3个0.0051uF电容，1个51?，1个100?，3个500?，1个820?，3个1k?，1个1.3k? 1个2k?，2个3k?，2个12V直流电源，1个双踪示波器，1个调制信号源。

[2] 杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计. 哈尔滨工程大学出版社，2001年。 [3] 杨欣、王玉凤、刘湘黔，电路设计与仿真——基于Multisim 8与Protel 2004。 清华大学出版社，2006年

[4] [日]铃木雅臣著、邓学译 高低频电路设计与制作 科学出版社，2006 [5] 郝晓剑 仪器电路设计与应用 电子工业出版社，2007

[6] 童诗白 模拟电子技术基础（第四版）高等教育出版社，2006 [7] 樊昌信 曹丽娜 通信原理（第六版）国防工业出版社，2010

[8] 康晓明 卫俊玲 电路仿真与绘图快速入门教程 国防工业出版社，2009 [9] [日]黒田 彻 著 周南生译 晶体管电路设计与制作 科学出版社，2006 [10] 高瑜翔 高频电子线路 科学出版社 2008

八、附录

1. 二极管包络所需元器件：

二极管2AP12，2个0.01uF电容，1个47uF电容，1个1k?电阻。1个5k?电阻，1个10k?电阻，1个调制信号源，1个双踪示波器。 2.同步检波所需元器件：

8个2N2222，1个1DH62，2个1BH62，3个0.1uF电容，3个0.0051uF电容，1个51?，1个100?，3个500?，1个820?，3个1k?，1个1.3k? 1个2k?，2个3k?，2个12V直流电源，1个双踪示波器，1个调制信号源。

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