相敏檢波器的鑒相特性

由于調(diào)制信號(hào)的頻率遠(yuǎn)低于載波信號(hào)的頻率，在載波信號(hào)的若干周期內(nèi)，調(diào)制信號(hào)的值變化很小，常將其看作為常數(shù)，這時(shí)雙邊帶調(diào)幅信號(hào)us與載波信號(hào)uc（或Uc）為同頻信號(hào);調(diào)制信號(hào)為正時(shí)，us與uc（或Uc）同相;調(diào)制信號(hào)為負(fù)時(shí)，us與uc（或Uc）反相。為鑒別調(diào)制信號(hào)的相位，需采用相敏檢波電路。相敏檢波電路除了輸入需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)us外，還需要一個(gè)與之同頻的信號(hào)uc（或Uc）作參考信號(hào)。相敏檢波電路的鑒相特性為：輸出電壓為正時(shí)，表示輸入的調(diào)幅信號(hào)us與參考信號(hào)（即載波信號(hào)）uc（或Uc）同相，此時(shí)調(diào)制信號(hào)為正（或負(fù)）;當(dāng)輸出電壓為負(fù)時(shí)，表示輸入的調(diào)幅信號(hào)us與參考信號(hào)uc（或Uc）反相，此時(shí)調(diào)制信號(hào)為負(fù)（或正）。采用Multisim對(duì)3個(gè)相敏檢波電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1、仿真實(shí)驗(yàn)

1.1、方案一

相加式相敏檢波仿真電路如圖1所示。電路選用理想元件，調(diào)幅信號(hào)經(jīng)變壓器T1輸入，參考信號(hào)經(jīng)變壓器T2輸入，參考信號(hào)uc的幅值遠(yuǎn)大于調(diào)幅信號(hào)us的幅值。輸出為低頻信號(hào)（解調(diào)信號(hào)），經(jīng)電容濾波后輸出。仿真電路運(yùn)行結(jié)果如圖2所示，圖2（a）顯示的是us與uc同相時(shí)的運(yùn)行結(jié)果，圖2（b）顯示的是us與uc反相時(shí)的運(yùn)行結(jié)果。

圖1 相加式半波相敏檢波仿真電路

1.2、方案二

開關(guān)式全波相敏檢波仿真電路如圖3所示。電路選用實(shí)際元件。Uc為uc整形后的方波信號(hào)。在Uc=“1”的半周期，模擬開關(guān)導(dǎo)通，放大倍數(shù)為-1;在Uc=“0”的半周期，模擬開關(guān)截止，放大倍數(shù)為+1。仿真電路運(yùn)行波形如圖4所示，圖4（a）中us與Uc同相;圖4（b）中us與Uc反相。

圖2 相加式相敏檢波電路仿真運(yùn)行結(jié)果

圖3 開關(guān)式全波相敏檢波仿真電路

圖4 開關(guān)式全波相敏檢波電路仿真運(yùn)行波形

1.3、方案三

圖5所示電路能鑒別兩信號(hào)的超前或滯后關(guān)系，且輸出電壓的大小與兩信號(hào)之間的相位差成對(duì)應(yīng)關(guān)系。A1，A2為過零比較器，輸出經(jīng)限幅得兩個(gè)矩形波，其相位差與輸入信號(hào)的相位差相同。兩矩形波經(jīng)異或門和低通濾波電路得與兩輸入信號(hào)的相位差相對(duì)應(yīng)的直流電壓，經(jīng)A3輸出。D觸發(fā)器與三極管構(gòu)成超前、滯后鑒別電路，當(dāng)uA超前uB時(shí)，觸發(fā)器輸出高電平，三極管導(dǎo)通，輸出為負(fù);uA滯后uB時(shí)，觸發(fā)器輸出低電平，三極管截止，輸出為正。移相電路由兩個(gè)同頻等幅電源u1，u2和R1，C1構(gòu)成。R1上的電壓uR，C1上的電壓uC，以及u1，u2，uA，uB之間的相量關(guān)系如圖6所示。調(diào)整電阻R1可以使uA與uB之間產(chǎn)生0~180°的相位差。φ=2θ=2arctgωR1C1。圖7給出當(dāng)R1取1kΩ時(shí)電路仿真運(yùn)行的輸出電壓，圖8給出各點(diǎn)波形。

圖5 相敏檢波仿真電路

圖6 相量圖

圖7 圖5電路仿真運(yùn)行輸出電壓

圖8 相敏檢波電路仿真運(yùn)行波形

2、結(jié)語

EDA技術(shù)不僅可以大大縮短電子線路的設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)效率、減小設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且，給電子實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。仿真試驗(yàn)雖然不能取代傳統(tǒng)的實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)，但它方便、快捷、直觀、形象、經(jīng)濟(jì)、安全。利用Multisim或其他仿真軟件可以開發(fā)出更好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。