平方律检波器

更新时间:2022-08-25 18:39

小信号情况下,二极管对输入信号的正半周并不能表现其完全导通的特性,对负半周也不能表现其完全截止的特性。事实上,输入信号无论是正半周还是负半周,二极管内均产生电流id,只不过正半周产生的电流比负半周产生的电流稍大一些。这样,电流id经过滤波,就能得到一个低频分量的检波输出电流iΩ。可以证明,这种小信号情况下的检波器输出低频电流iΩ或低频电压幅度UΩL,与输入到检波器上的高频电压幅度U0的平方成正比,因此习惯上称该检波器为平方律检波器。

检波器及其分类

调幅波中检出低频信号的过程也是一个频谱变换过程。要完成这一变换,必须使用非线性元件。为了从变换后产生的多种频率成份中,取出低频信号,并将不需要的成份滤掉,检波器的负载应具有低通滤波器的特性。因此,检波器是由非线性元件和具有低通滤波器特性的负载组成。滤波电容数值的选择应使高频时近于短路,低频时近于开路。

应用最广泛的是二极管检波器,因为它具有线路简单,大信号输入时非线性失真小等优点。根据调幅信号的大小,可分为大信号直线性检波和小信号平方律检波两种方式。

定义

当检波器的输入调幅信号幅度较小(≤0.2V)时的检波称为小信号平方律检波。其特点是二极管运用在伏安特性曲线的弯曲部分,而且在整个信号周期内二极管总是导通的。小信号平方律检波电路如图1所示,图1中D是检波二极管,C2、RL是检波负载,E为外加直流偏压,以提高二极管D的工作点Q的位置,ua是调幅信号,其包络线的最大幅度小于E。

检波的低频分量的幅度与载波电压振幅的平方成正比,因此、这种检波称为平方律检波。

工作原理

小信号检波是利用器件特性曲线在静态工作点处的幂级数展开式中含有输入信号平方项的原理实现的,如图2中左图所示。R42和R43为二级管D6提供静态偏置电压,使二极管静态工作点在其特性曲线的弯曲部分,如图2中右图所示。C23为高频旁路电容,E3为音频耦合电容。由于二极管输入特性曲线的非线性,调幅波在正负半周所引起的电流变化是不同的,正半周电流上升的多而负半周电流下降的少,这就使对称电压的调幅波转变成不对称的电流。如果取载波电流周期平均值,并绘出曲线,就可看出电流中还含有直流和低频成分。其中,高频成分被C23旁路,故在R43上高频电压很小,主要是低频和直流电压。低频成分就是检出的调制信号,它通过E3隔直流输出。运放(LF353)组成放大器,对检波输出的微弱信号进行放大。

设调制信号的频率为Ω,由于检波输出的低频成分中还含有频率为2Ω、3Ω等成分,因此,小信号平方律检波的非线性失真非常严重,故在电路中又加了一级RC低通滤波器(由R47和C24组成),用来改善检波器的非线性失真。

特点

二极管小信号平方律检波由于失真大,效率低,输入阻抗小等缺点,所以在现代通讯和广播接收机中已很少使用。但因它具有线路简单,能对很小的信号检波,以及检波输出电流与输入载波电压幅度的平方(即与输入信号的功率)成正比等优点,因而,在无线电测量仪表中得到较为广泛的应用。

检波步骤

连接实验电路

在主板上正确插好幅度调制与解调模块,开关K1、K2、K8、K9、K10、K11向左拨,主板GND接模块GND,主板+12V接模块+12V,主板-12V接模块-12V。检查连线正确无误后,打开实验箱右侧的船形开关。开关K1、K2、K10、K11向右拨。若正确连接,则模块上的电源指示灯LED1、LED2、LED5、LED6亮。

产生调幅波

用乘法器产生普通调幅波,操作步骤如下:

(1)TP2处输入频率约1KHz,峰峰值约600mV的正弦波调制信号;

(2)TP1处输入频率为10.7MHz,峰峰值约800mV的正弦波载波信号;

(3)用示波器在TT1处观察,适当调节调制信号的幅度及幅度调制与解调模块的W1,使TT1处的调幅波为普通调幅波(调幅系数小于100%)。

小信号检波

连接TP3与TP9,用示波器在TT5处观察检波输出信号,适当调节调制信号的幅度,使TT5处的波形最大且非线性失真最小。逐渐增大调制信号的幅度,观察TT5处波形的非线性失真程度变化情况。

最佳工作点

由于二极管特性曲线的斜率随升高而变大和净入输信号随升高而减小这两个因素的影响,平方律检波器应有一个最佳的工作点电流,经过一系列推导,得到检波效率随二极管工作点电流而变化的关系式如下:

确定和的数值后,可以作出随变化的一组曲线。例如,取为500Ω,为1000Ω时,见图3。图3中曲线存在一个最佳的值,当偏置电流选取这个数值时,便能获得最大的检波效率。

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