CN113452325A - 一种基于施密特电路的包络鉴测电路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于施密特电路的包络鉴测电路及其工作方法，将调幅波解调中的二极管峰值包络检波电路和包络鉴幅电路合二为一，使得包络鉴测电路结构更为精简，且性能稳定。此电路是在经典施密特电路的基础上改进，对比经典施密特电路，在两个三极管的发射级与地之间添加了一个电容，使得施密特电路的工作机制发生变化，由对调幅波每个载波周期鉴幅变为只对其包络鉴幅。两个三极管之间添加了加速电容，使得脉冲翻转更为迅速，波形边沿更为规整。电路后端加入了RC一阶低通滤波器，去除波形中的高频分量。

Description

一种基于施密特电路的包络鉴测电路及其工作方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种基于经典施密特电路的调幅波解调电路及其工作方法。

背景技术

施密特触发器最重要的特点是能够把变化缓慢的输入信号整形成边沿陡峭的矩形脉冲。它是由两级直流放大器组成，两只晶体管的发射极连接在一起。该电路有两个稳定状态，两个稳态的相互转换取决于输入信号的大小，当输入信号电位达到接通电位且维持在大于接通电位时，电路保持为某一稳态；如果输人信号电位降到断开电位且维持在小于断开电位时，电路迅速翻转且保持在另一状态，该电路常用于电位鉴别、幅度鉴别以及对任意波形进行整形。标准施密特电路结构如图2所示。

调幅波的解调是把输入信号振幅的变化转变为输出电压大小的变化，即调幅的逆变换。一种调幅波的解调方式由两部分构成，需要有二极管峰值包络检波电路，这部分电路的作用是将调幅波的包络提取出来；再通过施密特电路对包络鉴幅，输出脉冲方波，方波频率即为调幅波的调制频率。

传统施密特电路方案没有射极对地电容，在应对高频调幅波时无法有效反映其包络的变化规律，只能对高频载波作出检测，无法实现直接实现调幅波解调。现有的由二极管峰值包络检波电路和施密特电路组成的电路结构是一种调幅波解调的常用思路，对于模拟电路设计，精简电路结构可以有效减小电路规模，降低电路功耗，改善电路性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于施密特电路的包络鉴测电路；

本发明将两个电路模块合二为一，精简电路结构，且对高频信号的处理性能更好。本发明用以鉴测调幅波的调制频率，即使得电路的鉴幅对象由调幅波每一个载波周期变为其包络。

本发明还提供了上述基于施密特电路的包络鉴测电路的工作方法。

本发明的技术方案为：

一种基于施密特电路的包络鉴测电路，包括两个级联的相同的NPN型三极管、三个电容、五个电阻；两个级联的相同的NPN型三极管包括第一三极管T1、第二三极管T2，三个电容包括第一电容C14、第二电容C17、第三电容C22，五个电阻包括第一电阻R8、第二电阻R17、第三电阻R12、第四电阻R39、第五电阻R15；

第一电容C14与所述第一电阻R8并联连接；第二电容C17与第四电阻R39并联连接；第三电容C22与第五电阻R15串联连接；所述第一三极管T1的基极为信号输入端，所述第一三极管T1的集电极与第二三极管T2的基极连接，所述的第一三极管T1的发射极与第二三极管T2的发射极连接；所述第一电容C14的一端分别连接所述第一三极管T1的发射极和所述第二三极管T2的发射极，所述第一电容C14的另一端接地；所述第二电容C17的一端与所述第一三极管T1的集电极连接，所述第二电容C17的另一端与所述第二三极管T2的基极连接；所述第三电容C22的一端与所述第五电阻R15连接，所述第三电容C22的另一端与地连接；所述第一电阻R8的一端分别连接所述第一三极管T1的发射极和所述第二三极管T2的发射极，所述第一电阻R8的另一端接地；所述第二电阻R17的一端分别连接所述第一三极管T1的集电极和所述第二三极管T2的基极，所述第二电阻R17的另一端连接电源电压；所述第三电阻R12的一端连接所述第二三极管T2的集电极；所述第四电阻R39的一端与所述第一三极管T1的集电极连接，所述第四电阻R39的另一端与所述第二三极管T2的基极连接；所述第五电阻R15的一端与所述第二三极管T2的集电极连接，所述第五电阻R15的另一端与第三电容C22连接；所述第三电阻R12的另一端连接电源电压，所述第三电容C22和所述第五电阻R15之间设有信号输出端。

进一步优选的，所述电源电压为5V。

进一步优选的，所述第二电容C17为加速电容。

进一步优选的，所述第四电阻R39为加速电容的放电电阻。

包络鉴测电路的工作原理为：

峰值包络检波：标准调幅波由第一三极管T1的基极输入，由第一三极管T1的基-射极导通电阻、射极对第一电阻R8和第一电容C14共同组成包络检波电路对输入调幅波进行峰值包络检波，包络必须存在一定程度的惰性失真才能引起第一三极管T1的基-射极电压差发生变化，从而达到稳态翻转的阈值。第二电容C17为加速电容，第四电阻R39为加速电容的放电电阻，可以有效改善波形的边沿。

包络鉴幅：带有一定惰性失真的调幅波的包络经由施密特电路进行鉴幅，输出频率与调幅波调制频率相同的脉冲方波。电路后端的第五电阻R15和第三电容C22组成一阶低通滤波器，对脉冲信号的高频分量滤除。

上述基于施密特电路的包络鉴测电路的工作方法，包括步骤如下：

(1)调幅波从包络鉴测电路中第一三极管T1的基极输入，由第一三极管T1的基-射极导通电阻、射极对地电阻即第一电阻R8和第一电容C14共同组成包络检波电路对输入调幅波进行峰值包络检波，第一三极管T1的发射极输出调幅波包络；

(2)调幅波包络通过重构的施密特电路，调幅波包络的幅度超过施密特电路的上限翻转阈值V₁，约0.65V时，施密特电路的状态发生翻转，第二三极管T₂的集电极输出电压从低电位迅速跳变到高电位；当调幅波包络的幅度小于施密特电路的下限翻转阈值V₂，约0.75V时，施密特电路又发生翻转，第二三极管T2的集电极输出电压又从高电位跳变到低电位，如此反复跳变，输出一串脉冲方波，脉冲方波的频率和调频调幅波的调制频率相等，此脉冲方波中包含高频分量；

(3)包含高频分量的脉冲方波经过第五电阻R15和第三电容C22组成的一阶低通滤波器进行脉冲整形，去除高频分量。

本发明的有益效果为：

1、本发明将调幅波解调中的二极管峰值包络检波电路和包络鉴幅电路合二为一，使得包络鉴测电路结构更为精简，且性能稳定。此电路是在经典施密特电路的基础上改进，对比经典施密特电路，在两个三极管的发射级与地之间添加了一个电容，使得施密特电路的工作机制发生变化，由对调幅波每个载波周期鉴幅变为只对其包络鉴幅。

2、两个三极管之间添加了加速电容，使得脉冲翻转更为迅速，波形边沿更为规整。

3、电路后端加入了RC一阶低通滤波器，去除波形中的高频分量。

附图说明

图1为本发明包络鉴测电路的电路示意图；

图2为现有的施密特电路的电路连接图；

图3为图1电路仿真波形示意图；

图4为图2电路仿真波形示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

实施例1

一种基于施密特电路的包络鉴测电路，如图1所示，包括两个级联的相同的NPN型三极管、三个电容、五个电阻；两个级联的相同的NPN型三极管包括第一三极管T1、第二三极管T2，三个电容包括第一电容C14、第二电容C17、第三电容C22，五个电阻包括第一电阻R8、第二电阻R17、第三电阻R12、第四电阻R39、第五电阻R15；

第一电容C14与第一电阻R8并联连接；第二电容C17与第四电阻R39并联连接；第三电容C22与第五电阻R15串联连接；第一三极管T1的基极为信号输入端，第一三极管T1的集电极与第二三极管T2的基极连接，第一三极管T1的发射极与第二三极管T2的发射极连接；第一电容C14的一端分别连接第一三极管T1的发射极和第二三极管T2的发射极，第一电容C14的另一端接地；第二电容C17的一端与第一三极管T1的集电极连接，第二电容C17的另一端与第二三极管T2的基极连接；第三电容C22的一端与第五电阻R15连接，第三电容C22的另一端与地连接；第一电阻R8的一端分别连接第一三极管T1的发射极和第二三极管T2的发射极，第一电阻R8的另一端接地；第二电阻R17的一端分别连接第一三极管T1的集电极和第二三极管T2的基极，第二电阻R17的另一端连接电源电压；第三电阻R12的一端连接第二三极管T2的集电极；第四电阻R39的一端与第一三极管T1的集电极连接，第四电阻R39的另一端与第二三极管T2的基极连接；第五电阻R15的一端与第二三极管T2的集电极连接，第五电阻R15的另一端与第三电容C22连接；第三电阻R12的另一端连接电源电压，第三电容C22和第五电阻R15之间设有信号输出端。

电源电压为5V。第二电容C17为加速电容。第四电阻R39为加速电容的放电电阻。

分别对图1和图2电路的第一三极管T1的基极输入标准调幅信号进行仿真实验，振幅为1V，调制指数为0.3，调制频率为150Hz，载波频率为500kHz。图1所示电路的波形图如图3所示，图2所示电路的波形图如图4所示。图3、图4中的四条波形由上往下分别是第一三极管T1的基极输入电压、第一三极管T1的集电极输出电压、第一三极管T1的发射极输出电压、第二三极管T2的集电极输出电压。仿真结果如图3和图4所示。通过实验对比可以发现，图2所示电路已经完全不能实现调幅波解调功能，而图1所示电路输出波形非常好。这是由于在加入电容后，电路对输入的调幅波进行了包络检波，第一三极管T1发射极波形只能反映调幅波的包络的变化规律，将经典施密特电路鉴别调幅波每一个载波周期的工作原理变成了鉴别调幅波每一个包络周期。

包络鉴测电路的工作原理为：

峰值包络检波：标准调幅波由第一三极管T1的基极输入，由第一三极管T1的基-射极导通电阻、射极对第一电阻R8和第一电容C14共同组成包络检波电路对输入调幅波进行峰值包络检波，包络必须存在一定程度的惰性失真才能引起第一三极管T1的基-射极电压差发生变化，从而达到稳态翻转的阈值。第二电容C17为加速电容，第四电阻R39为加速电容的放电电阻，可以有效改善波形的边沿。

包络鉴幅：带有一定惰性失真的调幅波的包络经由施密特电路进行鉴幅，输出频率与调幅波调制频率相同的脉冲方波。电路后端的第五电阻R15和第三电容C22组成一阶低通滤波器，对脉冲信号的高频分量滤除。

实施例2

实施例1所述的基于施密特电路的包络鉴测电路的工作方法，包括步骤如下：

(1)调幅波从包络鉴测电路中第一三极管T1的基极输入，由第一三极管T1的基-射极导通电阻、射极对地电阻即第一电阻R8和第一电容C14共同组成包络检波电路对输入调幅波进行峰值包络检波，第一三极管T1的发射极输出调幅波包络；

(2)调幅波包络通过重构的施密特电路，调幅波包络的幅度超过施密特电路的上限翻转阈值V₁，约0.65V时，施密特电路的状态发生翻转，第二三极管T₂的集电极输出电压从低电位迅速跳变到高电位；当调幅波包络的幅度小于施密特电路的下限翻转阈值V₂，约0.75V时，施密特电路又发生翻转，第二三极管T2的集电极输出电压又从高电位跳变到低电位，如此反复跳变，输出一串脉冲方波，脉冲方波的频率和调频调幅波的调制频率相等，此脉冲方波中包含高频分量；

(3)包含高频分量的脉冲方波经过第五电阻R15和第三电容C22组成的一阶低通滤波器进行脉冲整形，去除高频分量。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于施密特电路的包络鉴测电路，其特征在于，包括两个级联的相同的NPN型三极管、三个电容、五个电阻；两个级联的相同的NPN型三极管包括第一三极管T1、第二三极管T2，三个电容包括第一电容C14、第二电容C17、第三电容C22，五个电阻包括第一电阻R8、第二电阻R17、第三电阻R12、第四电阻R39、第五电阻R15；

第一电容C14与所述第一电阻R8并联连接；第二电容C17与第四电阻R39并联连接；第三电容C22与第五电阻R15串联连接；所述第一三极管T1的基极为信号输入端，所述第一三极管T1的集电极与第二三极管T2的基极连接，所述的第一三极管T1的发射极与第二三极管T2的发射极连接；所述第一电容C14的一端分别连接所述第一三极管T1的发射极和所述第二三极管T2的发射极，所述第一电容C14的另一端接地；所述第二电容C17的一端与所述第一三极管T1的集电极连接，所述第二电容C17的另一端与所述第二三极管T2的基极连接；所述第三电容C22的一端与所述第五电阻R15连接，所述第三电容C22的另一端与地连接；所述第一电阻R8的一端分别连接所述第一三极管T1的发射极和所述第二三极管T2的发射极，所述第一电阻R8的另一端接地；所述第二电阻R17的一端分别连接所述第一三极管T1的集电极和所述第二三极管T2的基极，所述第二电阻R17的另一端连接电源电压；所述第三电阻R12的一端连接所述第二三极管T2的集电极；所述第四电阻R39的一端与所述第一三极管T1的集电极连接，所述第四电阻R39的另一端与所述第二三极管T2的基极连接；所述第五电阻R15的一端与所述第二三极管T2的集电极连接，所述第五电阻R15的另一端与第三电容C22连接；所述第三电阻R12的另一端连接电源电压，所述第三电容C22和所述第五电阻R15之间设有信号输出端。

2.根据权利要求1所述的一种基于施密特电路的包络鉴测电路，其特征在于，所述电源电压为5V。

3.根据权利要求1所述的一种基于施密特电路的包络鉴测电路，其特征在于，所述第二电容C17为加速电容。

4.根据权利要求1所述的一种基于施密特电路的包络鉴测电路，其特征在于，所述第四电阻R39为加速电容的放电电阻。

5.权利要求1-4任一所述的基于施密特电路的包络鉴测电路的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)调幅波从包络鉴测电路中第一三极管T1的基极输入，由第一三极管T1的基-射极导通电阻、射极对地电阻即第一电阻R8和第一电容C14共同组成包络检波电路对输入调幅波进行峰值包络检波，第一三极管T1的发射极输出调幅波包络；

(2)调幅波包络通过施密特电路，调幅波包络的幅度超过施密特电路的上限翻转阈值V₁，施密特电路的状态发生翻转，第二三极管T₂的集电极输出电压从低电位迅速跳变到高电位；当调幅波包络的幅度小于施密特电路的下限翻转阈值V₂，施密特电路又发生翻转，第二三极管T2的集电极输出电压又从高电位跳变到低电位，如此反复跳变，输出一串脉冲方波，脉冲方波的频率和调频调幅波的调制频率相等，此脉冲方波中包含高频分量；

(3)包含高频分量的脉冲方波经过第五电阻R15和第三电容C22组成的一阶低通滤波器进行脉冲整形，去除高频分量。

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