实验七 包络检波和同步检波一、实验目的1、掌握二极管峰值包络检波的原理；2、掌握同步检波的原理；3．掌握包络检波器的主要质量指标,检波效率及各种波形失真的现象，分析产生的原因并思考克服的方法。

二、实验仪器1、示波器 一台2、稳压电源 一台3、频谱分析仪 一台4、高频毫伏表 一台5、万用表 一台三、实验原理和相关知识振幅解调是振幅调制的逆过程，通常称为检波。

它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。

检波过程与调制过程正好相反。

从频谱来看，检波就是将调幅信号频谱由高频搬移到低频，如图所示（此图为单音频Ω调制的情况）。

检波过程也是应用非线性器件进行频率变换，首先产生许多新频率，然后通过滤波器，滤除无用频率分量，取出所需要的原调制信号。

图7-1 给出了检波器检波前后的频谱和波形。

u i非线性电路(器件)低通滤波器u Ωfttf0F(a )(b )f c ＋Ff c f c £F图7-1 检波器检波前后的频谱检波器可分为包络检波和同步检波两大类。

AM 振幅调制信号的包络直接反映了调制信号的变化规律，可以用二极管包络检波的方法进行解调。

包络检波又分为平方律检波、峰值包络检波、平均包络检波等。

而抑制载波的双边带或单边带振幅调制信号的包络不能直接反映调制信号的变化规律，无法用包络检波进行解调，所以采用同步检波方法。

1二极管（大信号）峰值包络检波器 二极管包络检波器的工作原理：主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC 的充放电过程来完成调制信号的提取。

还原所得的信号，与高频调幅信号的包络变化规律一致，故又称为包络检波器。

串联式二极管（大信号）包络检波器如图7-2所示：在高频信号电压的正半周时，二极管正向导通并对电容器C 充电，由于二极管的正向导通电阻很小，所以充电电流i D 很大，使电容器上的电压V C 很快就接近高频电压的峰值。

充电电流的方向如图7-2（a ）图中所示。

图7-2 大信号峰值包络检波器的原理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。

这时二极管导通与否，由电容器C 上的电压V C 和输入信号电压V i 共同决定,当高频信号的瞬时值小于V C 时，二极管处于反向偏置，管子截止，电容器就会通过负载电阻R 放电。

由于放电时间常数RC 远大于调频电压的周期，故放电很慢。

当电容器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，使二极管又导通。

如图7-1（b ）中的tl 至t2的时间为二极管导通的时间，在此时间内又对电容器充电，电容器的电压又迅速接近第二个高频电压的最大值。

在图7-2（b ）中的t2至t3时间为二极管截止的时间，在此时间内电容器又通过负载电阻R 放电。

这样不断地循环反复，就得到图7-2（b ）中电压的波形。

因此只要充电很快，即充电时间常数R c v d ·C 很小(R d 为二极管导通时的内阻)：而放电时间常数足够慢，即放电时问常数R·C 很大，满足R d ·C<<RC ，就可使输出电压的幅度接近于输入电压的幅度。

另外，由于正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频电压周期，所以输出电压的起伏是很小的，可看成与高频调幅波包络基本一致。

如图7-3所示，而高频调幅波的包络又与原调制信号的形状相同，故输出电压就是原来的调制信号，达到了解调的目的。

c v i v c v c v t(a )(b )tu C (t )U o (t )图7-3 大信号峰值包络检波器检波前后的波形2、包络检波器的质量指标：电压传输系数（检波效率）：其是用来描述检波器对输入已调信号的解调能力或效率的一个物理量。

若输入载波电压振幅为输出直流电压为则定义为：d K m U 0U d K mU U =d K ，θcos =d K 。

式中，θ为电流通角，其值为：RR dπθ33≈ （7-1）其中，R 为检波器负载电阻；为检波器内阻。

d R 等效输入电阻R id ：输入电阻是输入载波电压的振幅与检波器电流的基频分量振幅之比值。

dim d im im im id K RR V K V I V R 2/2===（7-2）式中，V im 为输入高频电压的振幅；I im 为输入高频电流的的基波振幅。

失真理想情况下，包络检波器的输出波形应与调幅波包络线的形状完全相同，但实际上，二者之间总会有一些差别，即检波器的输出波形存在某些失真。

产生失真的主要原因有：惰性失真、负峰切割失真、非线性失真、频率失真。

（1）惰性失真惰性失真（对角线切割失真）产生的原因是由于负载电阻R 与负载电容C 的时间常数RC 太大所引起的，。

惰性失真波形如图7-4，。

u Ctu i图7-4 惰性失真的波形为了避免产生惰性失真,必须在任何一个高频周期内,使电容C 通过R 放电的速度大于或等于包络的下降速度。

即不产生惰性失真的条件必须满足： 112max<−Ωaa mm RC（7-3）式中m a 是调制系数；Ωmax 是被检信号的最高调制角频率。

工程上可按下式计算：5.1max ≤ΩRC （7-4）（2）负峰切割失真 负峰切割失真（底部切割失真）产生的原因是检波器输出常用隔直流电容C c 与下级耦合，检波器的直流负载与交流负载不相等，调制度相当大引起的。

负峰切割失真波形如图7-5所示。

v Ω图7-5 负峰切割失真避免底部切割失真的条件： RR RR R R R R m ggg a ~//==+<（7-5）式中的R 是检波器的直流负载，而R ~是检波器的低频交流负载。

可见，为了防止底部切割失真，检波器交流负载与直流负载之比不得小于调幅系数m a 。

（3）非线性失真非线性失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。

造成检波器的输出音频电压不能完全和调幅波的包络成正比。

但如果负载电阻R 选得足够大，则检波管非线性特性影响越小，它所引起的非线性失真即可以忽略。

（4）频率失真频率失真由耦合电容和滤波电容引起。

耦合电容影响下限频率，为了不产生频率失真，必须满足下列条件：g cR C <<Ωmin 1或gc R C min 1Ω>>（7-6）电容C 的容抗应在上限频率Ωmax 时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：R C>>Ωmax 1或RC max 1Ω<<（7-7）大信号包络检波器主要由二极管D 及RC 低通滤波器组成，RC 时间常数的选择很重要。

RC 时间常数过大，则会产生对角切割失真又称惰性失真。

RC 常数太小，高频分量会滤不干净。

综合考虑要求满足下式： aam m RC 2max 1−<<Ω （7-8）其中：为调幅系数，为调制信号最高角频率。

a m max Ω当检波器的直流负载电阻R 与交流音频负载电阻R Ω不相等，而且调幅度又相当大时会产生负峰切割失真（又称底边切割失真），为了保证不产生负峰切割失真应满足a m RR m a Ω<。

3、同步检波器解调时必须在检波器输入端另加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率变换，恢复出调制信号。

这种检波方式称为同步检波。

同步检波器用于对载波被抑止的双边带或单边带信号进行解调。

它的特点是必须外加一个频率和相位都与被抑止的载波相同的电压。

同步检波有两种实现电路，其模型分别如图7-6所示。

一种是将它与接收信号在检波器中相乘，经低通滤波器后检出原调制信号，故称之为乘积检波电路，如图7-6(a)所示；另一种是将它与接收信号相加，经包络检波器后取出原调制信号，用二极管完成包络检波，称之为平衡同步检波。

图中的v s 为输入调幅信号，v t 为同步参考信号。

(a)(b)图7-6 同步检波的两种实现模型图（a ）采用乘积型检波器。

设输入的已调波为载波分量被抑止的双边带信号υ1，即t t V v 111cos cos ωΩ=；本地载波电压)cos(000ϕω+=t V v ；本地载波的角频率ω0准确的等于输入信号载波的角频率1ω，即01ωω=,但二者的相位可能不同，这里ϕ表示它们的相位差。

这时相乘输出：)cos()cos (cos 21012ϕωω+Ω=t t t V V v （7-9）低通滤波器滤除2ω1附近的频率分量后，就得到频率为Ω的低频信号t V V v Ω=Ωcos cos 2101ϕ （7-10）由7-10式可见，低频信号的输出幅度与ϕcos 成反比。

因此，在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，希望二者的相位也相同。

此时，乘积检波称为“同步检波”。

乘积检波器常采用MC1496集成电路，相乘后信号由12脚输出，经低通滤波器、同相放大器输出。

4、小信号检波原理小信号检波指输入信号振幅在几毫伏至几十毫伏范围内的检波。

利用二极管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，其检波原理和波形示意图见图7-7。

tQ图7-7 小信号检波原理图图7-8 二极管小信号检波实验原理图小信号检波实验图如图7-8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，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。

五、实验步骤（一）、二极管峰值包络检波1、连接实验线路2、产生调幅波用集电极调幅电路产生调幅波，载波峰峰值约500mV ，频率10.7MHz ；调制信号峰峰值约5V ，频率1KHz 左右，也可以利用高频信号源产生调幅信号。

3、输入调幅波将实验步骤2中产生的调幅波输入到幅度调制与解调模块的TP5。

图7-8 二极管峰值包络检波器实验原理图调幅波从TP5处输入，检波器的直流负载电阻115∑+=R R R L (R ∑1为电阻R16、R17的组合电阻)，检波器的交流负载电阻212115∑∑∑∑Ω++=R R R R R R (R ∑2为电阻R18、R19、R20的组合电阻)。

C9和检波器的负载电阻组成RC 低通滤波器，一方面作为检波器的负载，在其两端输出调制信号电压，另一方面起载频滤波作用。