高频课程设计 AM信号包络检波器
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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
目录
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。
二.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<
(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 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/nmin Cc< 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