高频课程设计AM信号包络检波器.docx
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高频课程设计AM信号包络检波器
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
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。
一.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 由于检波器的输入电阻Ri不能太小,而Ri=R/2,所以R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/nminCc< 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 图7包络检波器输出波形 (2)调幅电路又称幅度调制电路,是指能使高频载波信号的幅度随调制信号(通常是音频)的规律而变化的调制电路。 幅度调制电路有多种电路型式,现介绍一种简易的振幅调制电路,该电路的载波由高频信号发生器产生,经放大后和调制信号经乘法器后,输出抑制载波的双边带调幅波,输出的双边带调辐波与放大后的载波再经过相加器后,即可产生普通调幅波。 采用AM调幅波的通用检波方式—包络检波。 选用合适的整流器,合理调节低通滤波器各元件系数,清晰再现调制信号。 (3)心得体会: 这次的设计,给自己的印象很深刻。 通过本次实验的课题设计,对本课题有了一定的了解。 但是,在对该课题有一定的了解的前提下,也发现了很多问题,当然,都是自身的不足。 认识到理论与实践之间的差距,联系实际的应用去理解知识比一大堆理论来的直接与清晰明了。 在设计中难免会遇到很多学习中不会注意到的问题,比如说在调制中在取某些值后输出是失真的波形,在设计开始并没有想过会存在那样多的问题,当着手时才发现要完成一个信号的调制与解调,在元器件、电路和取值都要有一部分的要求。 当然,在设计中也遇到很多学习上的问题,有些地方自己根本看不明白,但经过同组有些同学一提,才发现有些很简单的地方自己却并不理解,确实是一个很纠结的问题。 不过,我相信,通过自己的努力,不会让自己失望的 五、参考文献 ●《高频电子线路》黄亚平机械工业出版社 ●《通信电路》沈伟慈西安电子科技大学 ●《高频电子实验指导手册》铜陵学院校出版社 ●《高频电子线路》胡宴如高等教育出版社 ●《模拟电子技术基础》童诗白、华成英高等教育出版社 ●《电路设计与仿真——基于Multisim8与Protel2004》 杨欣、王玉凤、刘湘黔清华大学出版社
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