CN100527620C - 一种脉冲调幅检波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脉冲调幅波检波电路,该电路中第一比较器(A1)的输出端与二极管(D)的阴极相连,其阳极与第五电阻(R5)的一端、第七电阻(R7)的一端、第四电容(C4)的一端以及第二比较器(A2)的反相端相连,第五电阻(R5)的另一端接电压源(Vcc),第四电容(C4)及第七电阻(R7)的另一端接地,第二比较器(A2)的输出端为检波器的输出端,同相端与第六电阻(R6)的一端及第八电阻(R8)的一端相连,第六电阻(R6)的另一端接电压源(Vcc),第八电阻(R8)的另一端接地。本发明脉冲调幅波检波电路输出为矩形脉冲,能比现有检波方法更精确地解调出矩形脉冲信号。
Description
技术领域
本发明涉及信号检测领域,具体涉及一种脉冲调幅波检波电路。
背景技术
脉冲调幅波在雷达、水声测量、超声波探测等领域有大量应用,然而到目前为止并没有专门的脉冲调幅波检波电路,现有的脉冲调幅波检波电路就是普通调幅波检波电路,即同步检波和二极管包络检波电路,但这两种检波电路都包含低通滤波器,存在惰性失真,用于解调脉冲调幅波所得到的脉冲上升沿与下降沿变化缓慢,是非矩形脉冲,而脉冲调幅波的调制信号一般都是矩形脉冲,即使调制信号是非矩形脉冲,一般也希望脉冲调幅波经检波电路解调为矩形脉冲,因为脉冲调幅波所携带的信息就是每个脉冲调制信号的起始、结束位置及脉冲宽度,因此解调出来的信号用矩形脉冲来表示最合适。另外,矩形脉冲调幅波从调制形成到输出,再经传输通道到接收,然后经滤波与放大后送到检波器时,已经不是理想的矩形脉冲调幅波,其包络的上升、下降沿不再陡峭,因此,用同步检波或包络检波电路来解调这种矩形脉冲调幅波并不能得到矩形脉冲。
尽管利用比较器能将非矩形脉冲变换为矩形脉冲,但所得矩形脉冲上升、下降沿的位置随比较器参考电压改变,而与产生相应脉冲调幅波的调制脉冲上升、下降沿没有直接对应关系,可见利用比较器也难以获得与相应调制信号精确对应的矩形脉冲。
发明内容
本发明的目的在于克服现有脉冲调幅波检波电路的不足,提供一种比现有检波方法更精确地解调出矩形脉冲信号的脉冲调幅波检波电路。
为了简明,本发明称脉冲调幅波每个脉冲包络中第一个周期的载波为前沿载波,每个脉冲包络中第一个幅值开始下降的载波为后沿载波。
本发明的目的通过如下技术方案实现:
一种脉冲调幅波检波电路,包括第一电阻R1~第八电阻R8、第一电容C1~第四电容C4、第一比较器A1、第二比较器A2、第一三极管T1、第二三极管T2、二极管D;
第一电容C1的一端为脉冲调幅波检波电路的输入端,另一端与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第一三极管T1的基极、第二三极管T2的基极相连,第一电阻R1的另一端、第一三极管T1的集电极及第二三极管T2的集电极接电压源Vcc,第二电阻R2的另一端接地,即电压源Vcc的负极;第一电阻R1和第二电阻R2共同为第一三极管T1和第二三极管T2提供基极偏置电压;
第二电容C2的一端接地,另一端与第一三极管T1的发射极、第四电阻R4的一端、第三电容C3的一端以及第一比较器A1的同相端相连,第四电阻R4及第三电容C3的另一端与第二三极管T2的发射极、第一比较器A1的反相端以及第三电阻R3的一端相连,第三电阻R3的另一端接地;
第一比较器A1的输出端与二极管D的阴极相连,其阳极与第五电阻R5的一端、第七电阻R7的一端、第四电容C4的一端以及第二比较器A2的反相端相连,第五电阻R5的另一端接电压源Vcc,第四电容C4及第七电阻R7的另一端接地,第二比较器A2的输出端为检波器的输出端,同相端与第六电阻R6的一端及第八电阻R8的一端相连,第六电阻R6的另一端接电压源Vcc,第八电阻R8的另一端接地。
所述第四电阻R4的阻值远小于第三电阻R3的阻值。
所述第五电阻R5~第八电阻R8的阻值满足如下要求: 其中r5~r8分别为第五电阻R5~第八电阻R8的阻值。
与现有技术相比较,本发明的脉冲调幅波检波电路输出为矩形脉冲,且矩形脉冲的前沿、后沿可分别对应于相应调幅波脉冲包络中第一个周期载波正半周和包络中第一个幅值开始下降的载波正半周,从而能比现有检波方法更精确地解调出矩形脉冲信号。
附图说明
图1是本发明装置的电路图;
图2是本发明信号波形及相互关系示意图;
图3是图2中Va、Vb波形的放大图;
图4、图5是实施例中对应图1的Vi、Va、Vb、Vc、Vd、Ve、Vo的波形图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的描述,但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
如图1所示,脉冲调幅波检波电路包括第一电阻R1~第八电阻R8、第一电容C1~第四电容C4、第一比较器A1、第二比较器A2、第一三极管T1、第二三极管T2、二极管D;Vcc为检波电路的直流电压源,Vi和Vo分别为检波电路的输入信号(即脉冲调幅波)和输出信号(即矩形脉冲);
第一电容C1的一端为脉冲调幅波检波电路的输入端,另一端与第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第一三极管T1的基极、第二三极管T2的基极相连,第一电阻R1的另一端、第一三极管T1的集电极及第二三极管T2的集电极接电压源Vcc,第二电阻R2的另一端接地,即电压源Vcc的负极;第一电阻R1和第二电阻R2共同为第一三极管T1和第二三极管T2提供基极偏置电压;
第二电容C2的一端接地,另一端与第一三极管T1的发射极、第四电阻R4的一端、第三电容C3的一端以及第一比较器A1的同相端相连,第四电阻R4及第三电容C3的另一端与第二三极管T2的发射极、第一比较器A1的反相端以及第三电阻R3的一端相连,第三电阻R3的另一端接地;
第一比较器A1的输出端与二极管D的阴极相连,其阳极与第五电阻R5的一端、第七电阻R7的一端、第四电容C4的一端以及第二比较器A2的反相端相连,第五电阻R5的另一端接电压源Vcc,第四电容C4及第七电阻R7的另一端接地,第二比较器A2的输出端为检波器的输出端,同相端与第六电阻R6的一端及第八电阻R8的一端相连,第六电阻R6的另一端接电压源Vcc,第八电阻R8的另一端接地;
第一电阻R1、第二电阻R2为性能相同的第一三极管T1、第二三极管T2提供基极偏置电压,即通过改变第一电阻R1、第二电阻R2的阻值来设定基极偏置电压,根据对输入脉冲调幅波幅值的不同要求,此偏压应设定在静态时使第一三极管T1、第二三极管T2处于相应程度的截止状态。若希望能解调幅值较小的脉冲调幅波,则应设置较高的基极偏置电压使第一三极管T1、第二三极管T2处于较低的截止程度甚至微导通状态;若希望只解调幅值较大的脉冲调幅波,则应设置较低的偏置电压来提高第一三极管T1、第二三极管T2的截止程度,同时也能提高检波电路的抗干扰能力。
第一三极管T1、第二电容C2、第三电阻R3和第四电阻R4构成峰值保持电路,该电路一方面要求第二电容C2经第三电阻R3放电很慢,第二电容C2上电压在一个载波周期内的下降幅度与载波幅值相比可以忽略,另一方面要求在两个相邻调幅波脉冲之间的时间内第二电容C2上电压降至接近第一电阻R1、第二电阻R2所确定的静态电压值,由此可见,调幅波脉冲之间的时间间隔不能太小。第四电阻R4对第二电容C2放电速度的影响可以忽略,因为第四电阻R4是第一电压比较器A1的采样电阻,其阻值远远小于第三电阻R3的阻值;峰值保持电路工作原理如下:脉冲调幅波信号Vi经第一电容C1(隔直电容)加到第一三极管T1和第二三极管T2的基极,在脉冲调幅波Vi载波的正半周峰值到来时,若第一三极管T1导通,则第二电容C2上的电压Vb加上第一三极管T1的发射结压降等于载波电压加第一电容C1上的电压,由于第一三极管发射结电压及第一电容C1上的电压几乎不变,故第二电容C2上的电压也就表示了载波正半周期的峰值电压。
第二三极管T2、第一电压比较器A1、第四电阻R4及第三电容C3构成峰值电压比较电路。第四电阻R4的阻值远远小于第三电阻R3的阻值,使得第二三极管T2发射极电压Va近似等于Vb,当第一三极管T1、第二三极管T2均截止时,第二电容C2通过第三电阻R3和第四电阻R4放电,故Va略小于Vb,使得第一比较器A1输出Vc为高电平,若脉冲调幅波信号Vi载波正半周幅值足够高,则第一三极管T1、第二三极管T2均导通(第一三极管T1、第二三极管T2几乎总是同时导通的,只是第一三极管T1、第二三极管T2都截止时,Va略小于Vb,故第二三极管T2的导通总是略先于第一三极管T1),由于第二电容C2上的电压不能突变,故使得Va略高于Vb,从而导致第一比较器A1输出Vc为低电平;第三电容C3用于抑制高频干扰信号,避免引起第一比较器A1不正确的响应。
第二电压比较器A2、二极管D、第四电容C4、及第五电阻R5~第八电阻R8构成延时复位电路。当Vc为低电平时,二极管D导通,使得第四电容C4上的电压,即第二比较器A2反相输入端的电压Vd低于其同相端电压Ve,第二比较器A2输出电压Vo为高电平,可见,当Vc为低电平时Vo为高电平;当Vc由低电平变为高电平时,二极管D截止,由于第四电容C4上电压Vd不能突变而依然低于Ve,使得Vo继续维持高电平,但此期间电源Vcc通过第五电阻R5给第四电容C4充电,当Vd上升至超过Ve时,Vo由高电平跳变为低电平;电阻第五电阻R5~第八电阻R8的阻值选取的要求是: ,其中r5~r8分别为第五电阻R5~第八电阻R8的阻值,且不能过高以致在Vc为高电平时二极管D导通,同时还应适当选取r5、r6、r7、r8及第四电容C4的值使得自Vc由低电平跳变为高电平开始,Vd充电至Ve的时间小于但接近于一个载波周期。
图2和图3示出了本发明电路对脉冲调幅波的检波过程。图2中,Vp为矩形脉冲,是载波的调制信号,Vpam为理想矩形脉冲调幅波,Vi是检波器输入端脉冲调幅波,其包络前、后沿不再陡峭,Va、Vb、Vc、Vd、Ve、Vo分别为图1中相应各点的波形。图3中Va(图中粗线所示)、Vb(图中细线所示)分别为图2中Va、Vb波形的放大图,具体检波过程如下:
在调幅波脉冲到来之前,Va、Vb近似相等但Va略低于Vb,使得Vc为高电平,Vd高于Ve使得Vo为低电平。
当调幅波脉冲到来时,在图2中Vi各正半周两虚线之间的区域电压较高,使图1中第一三极管T1、第二三极管T2均导通,因此Va高于Vb,从而导致Vc为低电平即二极管D导通,将Vd电平拉低至比Vc高一个二极管正向导通压降,此时Vd低于于Ve,故Vo为高电平;Vi中使Vo由低电平跳变为高电平的载波就是前沿载波。
本电路中将每个调幅波脉冲到来时,第一个使第一三极管T1、第二三极管T2导通的载波视为前沿载波,调幅波脉冲的第一个周期载波是否是前沿载波要取决于其幅值大小及第一三极管T1、第二三极管T2的截止程度,若第一三极管T1、第二三极管T2处于微导通状态,则调幅波脉冲的第一个周期载波总能使第一三极管T1、第二三极管T2导通,故其为前沿载波。
当Vi正半周载波幅值下降至离开虚线之间的区域时,第一三极管T1、第二三极管T2截止,第二电容C2通过第四电阻R4和第三电阻R3放电,故Va略低于Vb(如图3),使得Vc为高电平、二极管D截止,电源Vcc经第五电阻R5给第四电容C4充电,Vd开始上升,但在Vd上升至超过Ve之前,第二个周期载波的正半周幅值已经上升至使第一三极管T1、第二三极管T2导通的虚线之间区域,即重复本检波过程所述内容;
检波电路输入端脉冲调幅波信号Vi的后沿载波起点对应于理想调幅波Vpam脉冲结束位置(见图2中与虚线l1相交位置),由于Vi后沿载波正半周峰值(出现在与虚线l2相交处)小于其前一周期的载波正半周峰值,而第二电容C2放电缓慢,其上电压Vb在一个载波周期内下降很小,以致后沿载波不能使第一三极管T1、第二三极管T2导通,而至虚线l2位置,第四电容C4的充电时间已经近似为一个载波周期,其上电压Vd已升至或超过Ve,故在虚线l2位置前、后的某个时刻Vo由高电平跳变为低电平,Vo就是脉冲调幅波Vi经图1所示检波器所解调出来的矩形脉冲。由本检波过程说明可见,矩形脉冲Vo的前沿必然出现在Vi的前沿载波正半周峰值之前,Vo的后沿必然出现在Vi的后沿载波正半周峰值附近,Vo与Vp脉冲宽度误差小于半个载波周期;
后沿载波之后的Vi幅值进一步衰减至零,电容C2也缓慢放电至第一电阻R1和第二电阻R2所确定的静态电压值,第一三极管T1、第二三极管T2维持截止状态直至下一个调幅波脉冲到来。
实施例
图1所示电路用于40KHz载波脉冲宽度0.2ms周期为20ms的脉冲调幅波检波,采用下述参数:第一电阻R1~第八电阻R8的阻值为:r1=100KΩ,r2=33KΩ,r3=200KΩ,r4=1KΩ,r5=5.1KΩ,r6=5.1KΩ,r7=100KΩ,r8=10KΩ,第一电容C1~第四电容C4的电容值分别为:C1=10μF,C2=10nF,C3=100pF,C4=4.7nF,比较器A1及A2都采用LM324运算放大器,第一三极管T1和第二三极管T2采用2N3904型三极管,二极管D型号为2AP9,电源Vcc采用+5伏电压,图4、图5是Tektronix示波器TDS3014B录得的采用图1电路及上述元件和参数的实验结果,图4、图5中的波形是图1中Vi、Va、Vb、Vc、Vd、Ve、Vo处的波形。图4中,Vi在通道CH1上:直流,1.00V/每格;Va在通道CH2上:交流,100mV/每格;Vb在通道CH3上:交流,100mV/每格;CH2与CH3的基线重合,Vo(见图5)在通道CH4上作为触发信号A,触发阈值为1.70V,触发位置T为112μs;水平时间/分度M为:40.0μs/每格;Vi的载波频率为40KHz。图5中,Vc在通道CH3上:交流,2.00V/每格;Vd在通道CH2上:直流,2.00V/每格;Ve在通道CH1上:直流,2.00V/每格,CH1与CH2的基线重合;Vo在通道CH4上:直流,5.00V/每格,Vo也作为触发信号A,触发阈值为1.70V,触发位置T为112μs;水平时间/分度M为:40.0μs/每格。由图4、图5可见,在脉冲调幅波Vi中幅值增大或不减小的载波正半周峰值附近,总是有Va>Vb,而其他情况下总是有Va<Vb,在Va>Vb期间Vc及Vd为低电平,在Va<Vb期Vc为高电平而Vd上的电平随时间增大而上升,当Va<Vb的持续时间小于一个载波周期时有Vd<Ve,从而使得Vo从Vi第一个载波开始的1/4周期内由低电平跳变为高电平,且此高电平维持至第一个幅值开始减小的载波正半周峰值附近,然后跳变为低电平。至此,检波器由输入端的一个调幅波脉冲输出一个宽度相近的矩形脉冲。由图4、图5与图2比较可见,相应波形是一致的。本实施例中,检波器输入脉冲调幅波Vi时,检波器的输出Vo为矩形波,且其上升、下降沿分别对应于Vi的前沿及后沿载波,可见实验结果实现了本发明的目的。
Claims (3)
1、一种脉冲调幅波检波电路,其特征在于:包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一比较器(A1)、第二比较器(A2)、第一三极管(T1)、第二三极管(T2)和二极管(D);
第一电容(C1)的一端为脉冲调幅波检波电路的输入端,另一端与第一电阻(R1)的一端、第二电阻(R2)的一端、第一三极管(T1)的基极、第二三极管(T2)的基极相连,第一电阻(R1)的另一端、第一三极管(T1)的集电极及第二三极管(T2)的集电极接电压源(Vcc),第二电阻(R2)的另一端接地,即电压源(Vcc)的负极;第一电阻(R1)和第二电阻(R2)共同为第一三极管(T1)和第二三极管(T2)提供基极偏置电压;
第二电容(C2)的一端接地,另一端与第一三极管(T1)的发射极、第四电阻(R4)的一端、第三电容(C3)的一端以及第一比较器(A1)的同相端相连,第四电阻(R4)及第三电容(C3)的另一端与第二三极管(T2)的发射极、第一比较器(A1)的反相端以及第三电阻(R3)的一端相连,第三电阻(R3)的另一端接地;
第一比较器(A1)的输出端与二极管(D)的阴极相连,其阳极与第五电阻(R5)的一端、第七电阻(R7)的一端、第四电容(C4)的一端以及第二比较器(A2)的反相端相连,第五电阻(R5)的另一端接电压源(Vcc),第四电容(C4)及第七电阻(R7)的另一端接地,第二比较器(A2)的输出端为检波器的输出端,同相端与第六电阻(R6)的一端及第八电阻(R8)的一端相连,第六电阻(R6)的另一端接电压源(Vcc),第八电阻(R8)的另一端接地。
2、根据权利要求1所述的一种脉冲调幅波检波电路,其特征在于所述第四电阻(R4)的阻值远小于第三电阻(R3)的阻值。
3、根据权利要求1或者2所述的一种脉冲调幅波检波电路,其特征在于所述第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)的阻值分别为r5、r6、r7、r8,且满足如下要求:
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GR01 | Patent grant | ||
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