包络检波电路在线视频

大家好

上一节我们一起学习了信号调幅

就是如何用测量信号去

控制载波信号的幅值

产生受测量信号控制的调幅信号

这一节我们学习一下调幅信号的解调

也就是怎样从调幅信号中提取出

反映被测量值的测量信号

我们首先学习二极管和三极管包络检波

因为二极管和晶体管死区电压

以及非线性会引起误差

我们会学习半波精密检波电路

为了进一步提高检波精度

我们还会学习全波精密检波电路

我们这一节的学习目标包括以下三个

1. 理解包括检波的基本原理

2. 理解并能够分析二极管与

晶体管包络检波电路原理

3. 理解并能够分析半波和全波

精密检波电路原理

下面我们看一下包括检波的概念和原理

首先，什么是检波

检波就是解调

就是从已调信号中检出调制信号的过程

我们知道幅值调制是让已调信号的幅值

随调制信号而变化

因此调幅信号的包络线形状

与调制信号是一致的

只要能检出调幅信号的包络线

就能够实现解调，这种通过检出调幅信号

包络线，完成解调的方法

叫做包络检波

那么我们思考通过什么方法可以得到

已调信号的包络线完成解调呢

最简单的方法，通过单向导电器件

截去调幅信号的下半部分

可以得到如半波检波信号

再经低通滤波滤除高频信号

可获得我们想得到的调制信号

它们的波形

如图所示

图 a) 为已调信号，图 b) 为

半波检波信号，图 c) 为

低通滤波后得到的

调制信号

这样经单向导电器件整流

取出上半部分波形

再经低通滤波获得包络线

就完成了包络检波

这一过程中

利用单向导电器件整流是关键

可以说，包络检波是建立在

整流原理的基础上的

接下来我们一起学习如何用

单向导电器件实现包络检波

也就是二极管与晶体管包络检波电路

首先，我们看一下二极管检波电路

它的电路如图 a) 所示

调幅信号经 C₁ 与变压器 T₁

它的一次侧构成谐振回路输入

这样有利于滤除杂散信号

经二极管 VD 检出半波信号

再经 RL 和 C₂ 构成的

低通滤波器获得调制信号实现解调

它的波形如图 c) 所示

二极管能取出调幅信号的正半周期

经滤波获得调制信号

晶体管包络检波原理上跟二极管检波类似

只是使用了晶体管作为检波元件

如图所示

晶体管只有 us 的

负半周期有信号通过

而其它部分与二极管包络检波一样

它最终得到的波形如图 d) 所示

从电路上看，二极管和晶体管

包络检波电路结构很简单

我们思考一下它存在什么样的问题

有些同学可能已经想到

单向导电器件都不是理想器件

二极管正向压降和晶体管导通电压

以及它们的非线性特性

都会给检波带来误差

影响检波精度

既然二极管晶体管包络检波电路

由于由二极管的正向压降和晶体管的发射结

导通电压以及二者的非线性特性

给检波带来误差

我们就需要消除这一误差，来提高检波精度

常用的方法就是精密检波电路

它包括半波精密检波电路

和全波精密检波电路

接下来我们看一下半波精密检波

看它是怎样通过避免

单向导电器件整流带来的误差

这是它的电路

由集成运放构成，跟二极管和

晶体管检波电路有相同点

左半部分是半波整流器

右半部分是低通滤波器

当然，它的关键是半波整流

由集成运放 N1 和二极管 VD1

VD2 构成

在 uS 的正半周期

由于运放 N1 的倒相作用

N1 输出低电平

因此 VD1 导通，VD2 截止

此时等效电路

如图 b) 所示

那么 A 点虚地，uA≈0

在 uS 的负半周期

UA 有电压输出

此时 VD1 截止

VD2 导通，我们分析图 a) 中

几个变量 us、us’、uA’

u 和 uA 之间的关系

可以得到表达式 (1)

通常运放 N1 的开环放大倍数会 很大

这时候，表达式 (1) 可以化简为表达式 (2)

等效电路图如 c) 所示

我们看到二极管的死区和非线性

不影响检波电路的输出

根据前面对半波精密检波电路的分析

它的调幅信号和正半周期信号输出为 0

负半周期输出为 us 的反相放大

所以

整流输出 uA 的波形如图所示

当输入

正弦信号时，正半周期波形被截掉

负半周期波形被反相到 Y 轴的正半轴上

经过半波整流器，获得半波整流信号

后面运放 N₂ 与 R₃、R₄、C

构成低通滤波器

对低频信号电容 C 接近开路

滤波器的增益为 -(R₄/R₃)

对于高频信号电容 C 接近短路

使高频信号受到抑制

这样，经整流、滤波，就将调制信号从

调幅信号中提取了出来

我们得到了最终精密检波的输出 uo

是对 uA 进行了反相放大

它的波形如图所示

半波精密检波可以检出 us 的

负半周期信号

而如何同时检出 us 的正半周期和

负半周期信号呢

我们学习一下全波精密检波电路

这是全波精密检波电路的电路图

我们可以看到，电路的前半部分是半波精密

检波电路，电路的半波整流器

后半部分是低通滤波器

不同之处在于 us 通过 R5 与

半波整流输出 uA 相加

对于整流部分，它的功能没有变

还是正半周期输出为 0

负半周期

信号进行了反相放大

对于右半部分电路

我们进行一下分析

我们假设通过 R₅、R₃、R₄ 的电流

分别是 i₅

i₃ 和 i₄

运放同相输入端和反相输入端电压

分别为 u+ 和 u-

在不加电容 C 的时候

由虚短的概念得出 u-=u+=0

由虚断的概念得 i₅+i₃=i₄

将 us、uA 和 uo

带入电流关系式

因为 u-=u+=0

可得到 uo 的表达式

为了简化，取 R₅=2R₃

得到 uo 的表达式

它的值是 uA 和 us/2 之和的倍数

了解了左面半波整流和

右面相加电路之后

我们把它们合起来

进行分析

在调制信号的正半周期

uA=0，uo 经运放

N₂ 反相放大得到

uo=-(R₄/R₅ ）*us

在调幅信号的负半周期

根据前面分析 uA=-(R₂/R₁)us

代入前面得到的

由 N₂ 构成的相加电路

uo 与 uA 和 us 的关系式可以得到

uo 与 us 的关系

全波整流的波形如图所示

也就是 uo 将 us 的负半周期保持不变

正半部分波形取反，完成了全波整流

跟半波整流相同，整流后的信号经低通滤波

可以得到调幅信号的包络线

这就是全波检波电路的原理

下面我们对本节的内容做一下简单的总结

首先，我们学习了包络检波的原理

然后我们学习了二极管和

三极管包络检波电路

但由于二极管正向压降和三极管

导通电压以及二者非线性特性会造成

一定的误差

为了解决这一问题

我们采用了半波精密检波电路

但半波精密检波电路只有调幅信号的

负半周期有输出

为了提高检波精度

我们又学习了全波精密检波电路

这就是本节的学习内容

再见