二极管包络检波实验 121180166 赵琛
实验七 二极管包络检波实验
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一.实验目的
1. 加深对二极管大信号包络检波工作原理的理解。 2. 加深对二极管大信号包络检波典型电路的理解。
3. 掌握用二极管大信号包络检波器实现普通调幅波(AM)解调的方法,掌握滤
波电容数值对AM波解调的影响,掌握惰性失真产生的原因和消除方法。
4. 掌握检波电路参数对普通调幅波(AM)解调的影响,掌握负峰切割失真产生
的原因和消除方法。
二、实验使用仪器
1.集成乘法调幅实验板、二极管包络检波实验板 2.100MH泰克双踪示波器 3. FLUKE万用表 4. 高频信号源
三、实验基本原理与电路 1. 二极管大信号包络检波工作原理 uiu2maUcmUcmuitu2UΩm直流成分U0U0 图7-1 大信号检波电路 图7-2大信号检波原理 t 图7-1是二极管大信号包络检波电路,图7-2表明了大信号检波的工作原理。
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输入信号ui(t)为正并超过C和R1上的u0(t)时,二极管导通,信号通过二极管向C充电,此时u0(t)随充电电压上升而升高。当ui(t)下降且小于u0(t)时,二极管反向截止,此时停止向C充电并通过RL放电,u0(t)随放电而下降。充电时,二极管的正向电阻rD较小,充电较快,u0(t)以接近ui(t)上升的速率升高。放电时,因电阻RL比rD大的多(通常RL?5~10k?),放电慢,故u0(t)的波动小,并保证基本上接近于ui(t)的幅值。如果ui(t)是高频等幅波,则u0(t)是大小为U0的直流电压(忽略了少量的高频成分),这正是带有滤波电容的整流电路。当输入信号ui(t)的幅度增大或减少时,检波器输出电压u0(t)也将随之近似成比例地升高或降低。当输入信号为调幅波时,检波器输出电压u0(t)就随着调幅波的包络线而变化,从而获得调制信号,完成检波作用,由于输出电压u0(t)的大小与输入电压的峰值接近相等,故把这种检波器称为峰值包络检波器。 2.二极管大信号包络检波效率
检波效率又称电压传输系数,用?d表示。它是检波器的主要性能指标之一,用来描述检波器将高频调幅波转换为低频电压的能力。?d定义为:
?d?检出的音频电压幅度(U?m)U?m?
调幅波包线变化的幅度(maUcm)maUcm当检波器输入为高频等幅波时,输出平均电压U0,则?d定义为 ?d?整出的直流电压(U0)U?0
检波电压的幅值(Ucm)Ucm这两个定义是一致的,对于同一个检波器,它们的值是相同的。由于检波原理分析可知,二极管包络检波器当RLC很大而rD很小时,输出低频电压振幅只略小于调幅波包络振幅,故?d略小于1,实际上?d在80%左右。并且R足够大时,
?d为常数,即检波器输出电压的平均值与输入高频电压的振幅成线性关系,所
以又把二极管峰值包络检波称为线性检波。检波效率与电路参数RL、C、r0以
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及信号大小有关。它很难用一个简单关系式表达,所以简单的理论计算还不如根据经验估算可靠。如要更精确一些,则可查图表并配以必要实测数据得到。
3.二极管大信号包络检波器输入电阻
输入电阻是检波器的另一个重要的性能指标。对于高频输入信号源来说,检波器相当于一个负载,此负载就是检波器的等效输入电阻Rin。
R?L Rin~2?d上式说明,大信号输入电阻Rin等于负载电阻的一半再除以?d。例如
RL?5.1k?,当?d=0.8,时,则Rin?5.1?3.2k?。
2?0.8由此数据可知,一般大信号检波比小信号检波输入电阻大。 4.二极管大信号包络检波器检波失真
检波输出可能产生三种失真:第一种,由于检波二极管伏安特性弯曲引起的失真;第二种是由于滤波电容放电慢引起的失真,它叫对角线失真,又称惰性失真;第三种是由于输出耦合电容上所充的直流电压引起的失真,这种失真叫割底失真,又称负峰切割失真。其中第一种失真主要存在于小信号检波器中,并且是小信号检波器中不可避免的失真,对于大信号检波器这种失真影响不大,主要是后两种失真。
(1) 对角线失真。如图7-3电路所示。
uuiu0t
图7 -3 对角线失真原理图
避免对角线失真的工程计算近似条件是: ?CRL?21?mama
上式表明ma或?大,则包络线变化快、CRL越大,则电容放电放电越慢,这
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些都促成发生对角线失真。 (2)割底失真。如图7-4所示。 (a) (b) 图7-4 割底失真原理及波形图 设?d?1,不产生割底失真的条件为 ~RiRiRLRLRL1 ma?1?????RL?RiRL?RiRL?RiRLRL~RL由该式可见,调制系数ma愈大或检波器交直流电阻之比愈小,则愈容易产生
RL割底失真。 4.实验电路
二极管大信号包络检波实验电路如图7-5。
K+12R4R5R7C5TP5C7R8TP1TP2D1C3TP3J32J21T1T2TP4OUTLEDIN1JIR13C4R2L?CC1C2RW3R6R3RW1RW2包络检波 图7-5 二极管大信号包络检波实验电路
A4-0808 电路原理:
已调幅波(AM)波从TP1处加入,二极管D一般选用高频检波二极管(2AP系列),电容C1 ,C2是检波电容,改变滑动变阻器RW1的抽头位置,可以改变
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检波电路的直流电阻,在TP2处可以观察到检波器输出的低频调制信号的波形(包括惰性失真的波形),改变滑动变阻器RW2的抽头位置,可以改变检波电路的交流电阻,在TP3处可以观察到检波器输出的低频调制信号的波形,(包括负峰切割失真的波形)。晶体管T1构成共射极电压放大,改变滑动变阻器RW3的抽头位置,可以控制解调输出的调制信号的幅度,晶体管T2构成射极跟随器,电容C5是输出隔直电容,最后在TP5处可以观察到解调并放大后的调制信号。
四、实验内容
1.普通调幅波(AM)的检波
(1)集成乘法器幅度调制实验电路板上产生调幅系数
ma为0.2的普通调幅波
(AM),由IN1端加入,如图7-6所示,由TP1点监测波形与幅度。
(2)连接J1,J2断开,调整RW1、RW2在TP2观察检波后不失真信号,如图7-7所示,记录波形,测量总的直流电阻值,并计算电压传输系数Kd(分别测量TP1波形的包络和TP2波形出的幅度,然后根据前面电压传输系数的定义进行计算)。
?d? (U?m)U?m0.170???0.500 (maUcm)maUcm0.340
计算的结果大约在0.5左右,也基本符合预期。
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