相敏检波器的鉴相特性

由于调制信号的频率远低于载波信号的频率，在载波信号的若干周期内，调制信号的值变化很小，常将其看作为常数，这时双边带调幅信号us与载波信号uc（或Uc）为同频信号;调制信号为正时，us与uc（或Uc）同相;调制信号为负时，us与uc（或Uc）反相。为鉴别调制信号的相位，需采用相敏检波电路。相敏检波电路除了输入需解调的调幅信号us外，还需要一个与之同频的信号uc（或Uc）作参考信号。相敏检波电路的鉴相特性为：输出电压为正时，表示输入的调幅信号us与参考信号（即载波信号）uc（或Uc）同相，此时调制信号为正（或负）;当输出电压为负时，表示输入的调幅信号us与参考信号uc（或Uc）反相，此时调制信号为负（或正）。采用Multisim对3个相敏检波电路进行仿真实验，并给出实验结果。

1、仿真实验

1.1、方案一

相加式相敏检波仿真电路如图1所示。电路选用理想元件，调幅信号经变压器T1输入，参考信号经变压器T2输入，参考信号uc的幅值远大于调幅信号us的幅值。输出为低频信号（解调信号），经电容滤波后输出。仿真电路运行结果如图2所示，图2（a）显示的是us与uc同相时的运行结果，图2（b）显示的是us与uc反相时的运行结果。

图1  相加式半波相敏检波仿真电路

1.2、方案二

开关式全波相敏检波仿真电路如图3所示。电路选用实际元件。Uc为uc整形后的方波信号。在Uc=“1”的半周期，模拟开关导通，放大倍数为-1;在Uc=“0”的半周期，模拟开关截止，放大倍数为+1。仿真电路运行波形如图4所示，图4（a）中us与Uc同相;图4（b）中us与Uc反相。

图2 相加式相敏检波电路仿真运行结果

图3  开关式全波相敏检波仿真电路

图4 开关式全波相敏检波电路仿真运行波形

1.3、方案三

图5所示电路能鉴别两信号的超前或滞后关系，且输出电压的大小与两信号之间的相位差成对应关系。A1，A2为过零比较器，输出经限幅得两个矩形波，其相位差与输入信号的相位差相同。两矩形波经异或门和低通滤波电路得与两输入信号的相位差相对应的直流电压，经A3输出。D触发器与三极管构成超前、滞后鉴别电路，当uA超前uB时，触发器输出高电平，三极管导通，输出为负;uA滞后uB时，触发器输出低电平，三极管截止，输出为正。移相电路由两个同频等幅电源u1，u2和R1，C1构成。R1上的电压uR，C1上的电压uC，以及u1，u2，uA，uB之间的相量关系如图6所示。调整电阻R1可以使uA与uB之间产生0~180°的相位差。φ=2θ=2arctgωR1C1。图7给出当R1取1kΩ时电路仿真运行的输出电压，图8给出各点波形。

图5 相敏检波仿真电路

图6  相量图

图7   图5电路仿真运行输出电压

图8   相敏检波电路仿真运行波形

2、结语

EDA技术不仅可以大大缩短电子线路的设计周期、提高设计效率、减小设计风险、提高设计质量，而且，给电子实验提供了一个很好的平台。仿真试验虽然不能取代传统的实际操作实验，但它方便、快捷、直观、形象、经济、安全。利用Multisim或其他仿真软件可以开发出更好的实验项目。