实验七 二极管包络检波实验
121180166 赵琛
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
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。
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=5~10kΩ），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ηd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。ηd定义为：
ηd=检出的音频电压幅度(UΩm)UΩm= 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ηd定义为
ηd=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ηd略小于1，实际上ηd在80%左右。并且R足够大时，ηd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
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~2ηd
上式说明，大信号输入电阻Rin等于负载电阻的一半再除以ηd。例如RL=5.1kΩ，当ηd=0.8，时，则Rin=5.1=3.2kΩ。 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。
u
uiu0
t 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：
ΩCRL
ma
上式表明ma或Ω大，则包络线变化快、CRL越大，则电容放电放电越慢，这
d~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。
图7-5 二极管大信号包络检波实验电路 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
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）。
ηd= (UΩm)UΩm0.170===0.500 (maUcm)maUcm0.340
计算的结果大约在0.5左右，也基本符合预期。
正常包络检波波形
2. 惰性失真观测与解决方法
连接J1， J2断开，由IN1端加入普通调幅波（AM），调节集成乘法器幅度调制实验电路板上产生的普通调幅波（AM）的调幅系数ma、调制信号频率Ω、二极管大信号包络检波实验电路上电位器RW1，在TP2点观测图7-8所示对角线失真（惰性失真）波形图。
当二极管大信号包络检波实验电路上电位器R2+RW1为10K时，调制信号频率为4K，调节 ma，使ma较大，产生惰性失真，记录下此时的ma，填入下表。
当二极管大信号包络检波实验电路上电位器R2+RW1为10K时，ma为0.3时，增加调制信号的频率，产生惰性失真，记录下此时的调制信号的频率，填入下表。
当ma为0.3时，调制信号的频率为4K，增大二极管大信号包络检波实验电路上电位器RW1，产生惰性失真，记录下此时R2+RW1的数值，填入下表。
将上述三组数据带入下式，验证产生惰性失真的条件：
2-ma ΩC(R1+R2+RW1)>
ma
表7-1 产生对角线失真的数据测试表
分析：由数据我们可以看到，每一组都满足惰性失真产生的条件，满足理论。
惰性失真波形
3. 负峰切割失真观测与解决方法。
调节 ma 、RW1、RW2，使包络检波电路的输出波形出现负峰切割失真，记录下此时R2+RW1,R3+RW2,ma，填入下表，带入下式，验证产生负峰切割失真条件：
~RLRLma≥1-= RL+RiRL
表7-2 产生负峰切割失真的数据测试表
分析：由数据可见，调制系数很大，大于交直流电阻比，从而产生了负峰切割失真。
负峰切割失真波形
实验思考：
关于二极管包络检波不能解调抑制载波双边带信号：
由于抑制载波双边带信号的包络与原来的调制信号波形包络并不一样，而二极管包络检波原理是利用电容充放电模拟原始信号波形，从而不能够对双边带信号进行包络检波。
实验感想：
本次试验主要是验证了二极管包络检波的性质，实验内容上和上一个实验形成对比。从理论上我们已经学习过这两者的区别，那就包络检波器件简单，但是容易失真，而且只能对普通调幅波检波；而同步检波期间复杂，要求产生原来的频率，但是失真度低，而且可以对双边带、单边带信号检波。本次试验也验证了这一点。在实验过程中，我的仪器产生了各种失真，反而想产生一次正常的波形变得很不容易。但是器材的简单也是显而易见的，没有用到集成电路芯片，仅仅
是二极管、电容电阻等简单的分立元件就可以完成。总之，通过这几个连续的实验，我对于调幅波的调制与解调有了更深刻的、更直观的认识。
实验七 二极管包络检波实验
121180166 赵琛
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
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。
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=5~10kΩ），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ηd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。ηd定义为：
ηd=检出的音频电压幅度(UΩm)UΩm= 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ηd定义为
ηd=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ηd略小于1，实际上ηd在80%左右。并且R足够大时，ηd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
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~2ηd
上式说明，大信号输入电阻Rin等于负载电阻的一半再除以ηd。例如RL=5.1kΩ，当ηd=0.8，时，则Rin=5.1=3.2kΩ。 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。
u
uiu0
t 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：
ΩCRL
ma
上式表明ma或Ω大，则包络线变化快、CRL越大，则电容放电放电越慢，这
d~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。
图7-5 二极管大信号包络检波实验电路 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
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）。
ηd= (UΩm)UΩm0.170===0.500 (maUcm)maUcm0.340
计算的结果大约在0.5左右，也基本符合预期。
正常包络检波波形
2. 惰性失真观测与解决方法
连接J1， J2断开，由IN1端加入普通调幅波（AM），调节集成乘法器幅度调制实验电路板上产生的普通调幅波（AM）的调幅系数ma、调制信号频率Ω、二极管大信号包络检波实验电路上电位器RW1，在TP2点观测图7-8所示对角线失真（惰性失真）波形图。
当二极管大信号包络检波实验电路上电位器R2+RW1为10K时，调制信号频率为4K，调节 ma，使ma较大，产生惰性失真，记录下此时的ma，填入下表。
当二极管大信号包络检波实验电路上电位器R2+RW1为10K时，ma为0.3时，增加调制信号的频率，产生惰性失真，记录下此时的调制信号的频率，填入下表。
当ma为0.3时，调制信号的频率为4K，增大二极管大信号包络检波实验电路上电位器RW1，产生惰性失真，记录下此时R2+RW1的数值，填入下表。
将上述三组数据带入下式，验证产生惰性失真的条件：
2-ma ΩC(R1+R2+RW1)>
ma
表7-1 产生对角线失真的数据测试表
分析：由数据我们可以看到，每一组都满足惰性失真产生的条件，满足理论。
惰性失真波形
3. 负峰切割失真观测与解决方法。
调节 ma 、RW1、RW2，使包络检波电路的输出波形出现负峰切割失真，记录下此时R2+RW1,R3+RW2,ma，填入下表，带入下式，验证产生负峰切割失真条件：
~RLRLma≥1-= RL+RiRL
表7-2 产生负峰切割失真的数据测试表
分析：由数据可见，调制系数很大，大于交直流电阻比，从而产生了负峰切割失真。
负峰切割失真波形
实验思考：
关于二极管包络检波不能解调抑制载波双边带信号：
由于抑制载波双边带信号的包络与原来的调制信号波形包络并不一样，而二极管包络检波原理是利用电容充放电模拟原始信号波形，从而不能够对双边带信号进行包络检波。
实验感想：
本次试验主要是验证了二极管包络检波的性质，实验内容上和上一个实验形成对比。从理论上我们已经学习过这两者的区别，那就包络检波器件简单，但是容易失真，而且只能对普通调幅波检波；而同步检波期间复杂，要求产生原来的频率，但是失真度低，而且可以对双边带、单边带信号检波。本次试验也验证了这一点。在实验过程中，我的仪器产生了各种失真，反而想产生一次正常的波形变得很不容易。但是器材的简单也是显而易见的，没有用到集成电路芯片，仅仅
是二极管、电容电阻等简单的分立元件就可以完成。总之，通过这几个连续的实验，我对于调幅波的调制与解调有了更深刻的、更直观的认识。