朱里
摘 要:檢波,又稱(chēng)解調(diào),用以完成解調(diào)任務(wù)的電路就稱(chēng)檢波器。檢波器廣泛應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)電接收,空間電磁干擾,地震勘測(cè)和工程測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,它的作用越來(lái)越重要。
關(guān)鍵詞:解調(diào);包絡(luò)檢波;負(fù)峰切割失真
1 概述
本文首先簡(jiǎn)述了檢波的概念,接著詳細(xì)說(shuō)明了包絡(luò)檢波中負(fù)峰切割失真,最后針對(duì)負(fù)峰切割失真設(shè)計(jì)了不同的幾種電路,通過(guò)實(shí)驗(yàn),對(duì)比,確定出性能較好的檢波電路
檢波過(guò)程是一個(gè)解調(diào)過(guò)程,它與調(diào)制過(guò)程正相反,檢波方法可分為兩大類(lèi):包絡(luò)檢波和同步檢波。
產(chǎn)生的失真主要有:惰性失真;負(fù)峰切割失真,非線(xiàn)性失真,頻率失真,本文將主要針對(duì)負(fù)峰切割失真進(jìn)行分析和介紹
2 負(fù)峰切割失真(底邊切割失真)
負(fù)峰切割失真也稱(chēng)底邊切割失真,這種失真是由于檢波器得直流負(fù)載電阻R與交流(音頻)負(fù)載電阻不相等,而且調(diào)幅度ma 又相當(dāng)大時(shí)引起的。
如上圖(a)所示,檢波器電路通過(guò)耦合電容Cc與輸入電阻為RL的低頻放大器相連接。CC的容量較大,對(duì)音頻來(lái)說(shuō),可以認(rèn)為是短路。因此交流負(fù)載電阻RΩ等于直流負(fù)載電阻R與RL的并聯(lián)值,即
由于交,直流負(fù)載電阻不同,有可能產(chǎn)生失真。這種失真通常使檢波器音頻輸出電壓的負(fù)峰被切割,因此稱(chēng)為負(fù)峰切割失真。
造成交直流負(fù)載電阻不同的原因是隔直流電容Cc的存在。在穩(wěn)定狀態(tài)下,Cc上有一個(gè)直流電壓Vc,其大小近似等于輸入高頻電壓的振幅Vim,即Vc≈Vim。由于Cc容量較大(幾微法),在音頻一周期內(nèi),其上電壓Vc基本不變,因此可把它看作一個(gè)直流電源,他在電阻R和RL上產(chǎn)生分壓。電阻R上所分得電壓為
VR= VC*R/R+RL
≈Vim*R/R+RL
此電壓對(duì)二極管而言是負(fù)的。
輸入調(diào)幅波的調(diào)制系數(shù)ma較小時(shí),這個(gè)電壓的存在不致影響二極管的工作。當(dāng)調(diào)制系數(shù)ma較大時(shí),輸入調(diào)幅波低頻包絡(luò)的負(fù)半周可能低于VR,在這期間二極管將截止。直至輸入調(diào)幅波包絡(luò)負(fù)半周變到大于VR時(shí),二極管才能恢復(fù)正常工作,因此,產(chǎn)生了圖1(b)所示的波形,它將輸出低頻電壓負(fù)峰切割。
顯然RL愈小,則VR分壓值愈大,這種失真愈易產(chǎn)生。要防止這種失真,必須滿(mǎn)足
上式就是不產(chǎn)生負(fù)峰切割失真的條件。因此,應(yīng)該對(duì)RΩ和R的差別提出要求。
當(dāng)ma=0.8-0.9時(shí),RΩ和R的差別不應(yīng)超過(guò)10%和20%,R愈大,這個(gè)條件愈難滿(mǎn)足。因此直流負(fù)載電阻R的選擇還受負(fù)峰切割失真的限制。通常R取5-10kΩ。例:
m=0.3,R=4.7kΩ時(shí),要求:RL≥2kΩ;
m=0.8,R=4.7kΩ時(shí),要求:RL≥4.7kΩ;
即:m較大時(shí),要求負(fù)載阻抗RL較大(負(fù)載較輕)。
3 解決方案
1、分負(fù)載包絡(luò)檢波電路
如圖2所示為分負(fù)載包絡(luò)檢波電路。RL檢波器后低頻放大器輸入電阻,其值一般為2-5kΩ,由上面介紹可知,RL愈小,VR分壓愈大,越容易產(chǎn)生失真,所以為了有更好的檢波效果,這里我選擇5kΩ。
R =R1+R2
RΩ=R1+(R2RL)/(R2+RL)= R1+R交
為了滿(mǎn)足條件RΩ/R〉ma,R=R1+R2不能選得太大,一般選R=5-10KΩ。經(jīng)試驗(yàn),當(dāng)R=5k時(shí),mmax=0.5,當(dāng)R=10k時(shí),mmax=0.33,因此這里選R2=5kΩ。
C1=C2=0.01μf,Cc=5μf。二極管選用接觸型二極管2AP9,導(dǎo)通時(shí)電阻約為100Ω。經(jīng)實(shí)驗(yàn),逐漸改變R1的阻值,得出如下結(jié)果:
從上表可以看出,R1逐漸增大,mmax也隨著增大,波形越不容易產(chǎn)生負(fù)峰切割失真。但隨著R1的增大,檢波波形幅度逐漸減小,原因是R1分壓過(guò)多。根據(jù)分負(fù)載條件,R1≈(1/5—1/10)R2,即為1k時(shí)最佳。
2、射隨包絡(luò)檢波電路的設(shè)計(jì)
射隨包絡(luò)檢波電路的圖形如3所示,圖中C=0.01μf,Cc=5μf,二極管選用接觸性二極管2AP9,導(dǎo)通時(shí)電阻約為100Ω,R=RL=5k,Rb=15kΩ,Re=5kΩ;晶體管的UBEQ=0.7v,rbb?=100Ω,β=50。
根據(jù)3.2.1的輸入電阻和輸出電阻的計(jì)算公式,得Ri=271kΩ,R0=320Ω,經(jīng)實(shí)驗(yàn),mmax=0.97,接近于一,效果明顯比分負(fù)載包絡(luò)檢波電路要好得多。
3、運(yùn)放包絡(luò)檢波電路的設(shè)計(jì)
如圖4所示為運(yùn)放包絡(luò)檢波電路的設(shè)計(jì),圖中電壓跟隨器采用AD9620的芯片,電壓增益為0.994,輸入電阻為0.8MΩ,輸出電阻為40Ω,帶寬為600MHZ,轉(zhuǎn)換速率2000V/μs,其他各個(gè)元器件得值與圖1中元器件的值相同,經(jīng)實(shí)驗(yàn),檢波波形mmax=0.99。
4 總結(jié)
通過(guò)實(shí)驗(yàn),分析,對(duì)比,最終確定出運(yùn)放包絡(luò)檢波電路的效果最好,在不失真情況下調(diào)制度最大。
在文章的第一節(jié)我就介紹過(guò),檢波器按照工作特點(diǎn)不同,可分為包絡(luò)檢波器和同步檢波器。同步檢波器主要用于單邊帶調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)和殘留邊帶調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)。本次研究并未涉及同步檢波電路,雖然包絡(luò)檢波電路在電子領(lǐng)域中有著重要的地位,但同步檢波電路的抗干擾性能要比包絡(luò)檢波電路優(yōu)越,但它的電路比較復(fù)雜。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步,這種解調(diào)技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。而且目前集成射頻檢波器現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用,每當(dāng)要求更高的靈敏度和穩(wěn)定性時(shí),集成射頻技術(shù)就有取代傳統(tǒng)二極管檢波器的趨向。所以在以后的學(xué)習(xí)工作中,要對(duì)這些檢波器加以關(guān)注和了解。
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