平方律檢波器

小信號情況下，二極體對輸入信號的正半周並不能表現其完全導通的特性，對負半周也不能表現其完全截止的特性。事實上，輸入信號無論是正半周還是負半周，二極體內均產生電流i_d，只不過正半周產生的電流比負半周產生的電流稍大一些。這樣，電流i_d經過濾波，就能得到一個低頻分量的檢波輸出電流i_Ω。可以證明，這種小信號情況下的檢波器輸出低頻電流i_Ω或低頻電壓幅度U_ΩL，與輸入到檢波器上的高頻電壓幅度U₀的平方成正比，因此習慣上稱該檢波器為平方律檢波器。

基本介紹

• 中文名：平方律檢波器
• 外文名：square-law detection
• 適用：輸入調幅信號幅度較小（≤0.2V）
• 優點：線路簡單
• 缺點：失真大，效率低，輸入阻抗小

檢波器及其分類

從調幅波中檢出低頻信號的過程也是一個頻譜變換過程。要完成這一變換，必須使用非線性元件。為了從變換後產生的多種頻率成份中，取出低頻信號，並將不需要的成份濾掉，檢波器的負載應具有低通濾波器的特性。因此，檢波器是由非線性元件和具有低通濾波器特性的負載組成。濾波電容數值的選擇應使高頻時近於短路，低頻時近於開路。

套用最廣泛的是二極體檢波器，因為它具有線路簡單，大信號輸入時非線性失真小等優點。根據調幅信號的大小，可分為大信號直線性檢波和小信號平方律檢波兩種方式。

定義

當檢波器的輸入調幅信號幅度較小（≤0.2V）時的檢波稱為小信號平方律檢波。其特點是二極體運用在伏安特性曲線的彎曲部分，而且在整個信號周期內二極體總是導通的。小信號平方律檢波電路如右圖所示，圖中D是檢波二極體，C₂、R_L是檢波負載，E為外加直流偏壓，以提高二極體D的工作點Q的位置，u_a是調幅信號，其包絡線的最大幅度小於E。

平方律檢波電路

檢波的低頻分量的幅度與載波電壓振幅的平方成正比，因此、這種檢波稱為平方律檢波。

工作原理

小信號檢波是利用器件特性曲線在靜態工作點處的冪級數展開式中含有輸入信號平方項的原理實現的，如右圖中圖1所示。R42和R43為二級管D6提供靜態偏置電壓，使二極體靜態工作點在其特性曲線的彎曲部分，如右圖中圖2所示。C23為高頻旁路電容，E3為音頻耦合電容。由於二極體輸入特性曲線的非線性，調幅波在正負半周所引起的電流變化是不同的，正半周電流上升的多而負半周電流下降的少，這就使對稱電壓的調幅波轉變成不對稱的電流。如果取載波電流周期平均值，並繪出曲線，就可看出電流中還含有直流和低頻成分。其中，高頻成分被C23旁路，故在R43上高頻電壓很小，主要是低頻和直流電壓。低頻成分就是檢出的調製信號，它通過E3隔直流輸出。運放（LF353）組成放大器，對檢波輸出的微弱信號進行放大。

設調製信號的頻率為Ω，由於檢波輸出的低頻成分中還含有頻率為2Ω、3Ω等成分，因此，小信號平方律檢波的非線性失真非常嚴重，故在電路中又加了一級RC低通濾波器（由R47和C24組成），用來改善檢波器的非線性失真。

特點

二極體小信號平方律檢波由於失真大，效率低，輸入阻抗小等缺點，所以在現代通訊和廣播接收機中已很少使用。但因它具有線路簡單，能對很小的信號檢波，以及檢波輸出電流與輸入載波電壓幅度的平方（即與輸入信號的功率）成正比等優點，因而，在無線電測量儀表中得到較為廣泛的套用。

檢波步驟

連線實驗電路

在主機板上正確插好幅度調製與解調模組，開關K1、K2、K8、K9、K10、K11向左撥，主機板GND接模組GND，主機板+12V接模組+12V，主機板－12V接模組－12V。檢查連線正確無誤後，打開實驗箱右側的船形開關。開關K1、K2、K10、K11向右撥。若正確連線，則模組上的電源指示燈LED1、LED2、LED5、LED6亮。

產生調幅波

用乘法器產生普通調幅波，操作步驟如下：

（1）TP2處輸入頻率約1KHz，峰峰值約600mV的正弦波調製信號；

（2）TP1處輸入頻率為10.7MHz，峰峰值約800mV的正弦波載波信號；

（3）用示波器在TT1處觀察，適當調節調製信號的幅度及幅度調製與解調模組的W1，使TT1處的調幅波為普通調幅波（調幅係數小於100%）。

小信號檢波

連線TP3與TP9，用示波器在TT5處觀察檢波輸出信號，適當調節調製信號的幅度，使TT5處的波形最大且非線性失真最小。逐漸增大調製信號的幅度，觀察TT5處波形的非線性失真程度變化情況。

最佳工作點

由於二極體特性曲線的斜率隨升高而變大和淨入輸信號隨升高而減小這兩個因素的影響，平方律檢波器應有一個最佳的工作點電流，經過一系列推導，得到檢波效率隨二極體工作點電流而變化的關係式如下：

最佳工作點

。

確定和的數值後，可以作出隨變化的一組曲線。例如，取為500Ω，為1000Ω時，見右圖。圖中曲線存在一個最佳的值，當偏置電流選取這個數值時，便能獲得最大的檢波效率。