CN201039103Y

CN201039103Y - 用于脉冲调幅波的检波电路

Info

Publication number: CN201039103Y
Application number: CNU2007200507986U
Authority: CN
Inventors: 王剑; 田联房; 毛宗源
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2017-04-26

Abstract

本实用新型提供了用于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(V_cc)，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(V_cc)，第八电阻(R₈)的另一端接地。本实用新型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

用于脉冲调幅波的检波电路

技术领域

本实用新型涉及信号检测领域，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。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型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。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

用于脉冲调幅波的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V_cc，第二电阻R₂的另一端接地，即电压源V_cc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V_cc，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V_cc，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：

\frac{r_{7}}{r_{5} + r_{7}} > \frac{r_{8}}{r_{6} + r_{8}}

，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，本实用新型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是本实用新型装置的电路图；

图2是本实用新型信号波形及相互关系示意图；

图3是图2中V_a、V_b波形的放大图；

图4、图5是实施例中对应图1V_i、V_a、V_b、V_c、V_d、V_e、V_o的波形图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步的描述，但本实用新型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；V_cc为检波电路的直流电压源，V_i和V_o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V_cc，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V_cc，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V_i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V_i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V_b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V_a近似等于V_b，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V_a略小于V_b，使得第一比较器A₁输出V_c为高电平，若脉冲调幅波信号V_i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，V_a略小于V_b，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V_a略高于V_b，从而导致第一比较器A₁输出V_c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V_c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V_d低于其同相端电压V_e，第二比较器A₂输出电压V_o为高电平，可见，当V_c为低电平时V_o为高电平；当V_c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V_d不能突变而依然低于V_e，使得V_o继续维持高电平，但此期间电源V_cc通过第五电阻R₅给第四电容C₄充电，当V_d上升至超过V_e时，V_o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：

\frac{r_{7}}{r_{5} + r_{7}} > \frac{r_{8}}{r_{6} + r_{8}},

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V_c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V_c由低电平跳变为高电平开始，V_d充电至V_e的时间小于但接近于一个载波周期。

图2和图3示出了本实用新型电路对脉冲调幅波的检波过程。图2中，V_p为矩形脉冲，是载波的调制信号，V_pam为理想矩形脉冲调幅波，V_i是检波器输入端脉冲调幅波，其包络前、后沿不再陡峭，V_a、V_b、V_c、V_d、V_e、V_o分别为图1中相应各点的波形。图3中V_a(图中粗线所示)、V_b(图中细线所示)分别为图2中V_a、V_b波形的放大图，具体检波过程如下：

在调幅波脉冲到来之前，V_a、V_b近似相等但V_a略低于V_b，使得V_c为高电平，V_d高于V_e使得V_o为低电平。

当调幅波脉冲到来时，在图2中V_i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V_a高于V_b(见图3)，从而导致V_c为低电平即二极管D导通，将V_d电平拉低至比V_c高一个二极管正向导通压降，此时V_d低于于V_e，故V₀为高电平；V_i中使V_o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V_i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V_a略低于V_b(如图3)，使得V_c为高电平、二极管D截止，电源V_cc经第五电阻R₅给第四电容C₄充电，V_d开始上升，但在V_d上升至超过V_e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V_i的后沿载波起点对应于理想调幅波V_pam脉冲结束位置(见图2中与虚线l₁相交位置)，由于V_i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V_b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V_d已升至或超过V_e，故在虚线l₂位置前、后的某个时刻V_o由高电平跳变为低电平，V_o就是脉冲调幅波V_i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V_o的前沿必然出现在V_i的前沿载波正半周峰值之前，V_o的后沿必然出现在V_i的后沿载波正半周峰值附近，V_o与V_p脉冲宽度误差小于半个载波周期；

后沿载波之后的V_i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＝10 KΩ，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V_cc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V_i、V_a、V_b、V_c、V_d、V_e、V_o处的波形。图4中，V_i在通道CH1上：直流，1.00V/每格；V_a在通道CH2上：交流，100mV/每格；V_b在通道CH3上：交流，100mV/每格；CH2与CH3的基线重合，V_o(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；V_i的载波频率为40KHz。图5中，V_c在通道CH3上：交流，2.00V/每格；V_d在通道CH2上：直流，2.00V/每格；V_e在通道CH1上：直流，2.00V/每格，CH1与CH2的基线重合；V_o在通道CH4上：直流，5.00V/每格，V_o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V_i中幅值增大或不减小的载波正半周峰值附近，总是有V_a>V_b，而其他情况下总是有V_a<V_b，在V_a>V_b期间V_c及V_d为低电平，在V_a<V_b期V_c为高电平而V_d上的电平随时间增大而上升，当V_a<V_b的持续时间小于一个载波周期时有V_d<V_e，从而使得V_o从V_i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V_i时，检波器的输出V_o为矩形波，且其上升、下降沿分别对应于V_i的前沿及后沿载波，可见实验结果实现了本实用新型的目的。

Claims

1.用于脉冲调幅波的检波电路，其特征在于：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)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(V_cc)，第二电阻(R₂)的另一端接地，即电压源(V_cc)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(V_cc)，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(V_cc)，第八电阻(R₈)的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的用于脉冲调幅波的检波电路，其特征在于所述第四电阻的阻值R₄远小于第三电阻的阻值R₃。

3.根据权利要求1或者2所述的用于脉冲调幅波的检波电路，其特征在于所述第五电阻R₅～第八电阻R₈的阻值满足如下要求：

\frac{r_{7}}{r_{5} + r_{7}} > \frac{r_{8}}{r_{6} + r_{8}},

其中r₅～r₈分别为第五电阻R₅～第八电阻R₈的阻值。