衡量檢波器的質量指標有四個:1、電壓傳輸系數(檢波效率)2、失真度(頻率失真及非線性失真)3、檢波器的等效輸入電阻。
有兩種情況:
1、小信號檢波(平方率檢波)
2、大信號檢波(峰值包絡)檢波
一、針對于第一項電壓傳輸系數指標:(檢波效率)
1、在小信號檢波狀態下,二極管被加了偏置,檢波時兩個方向都可以導通,是依靠二極管輸入特性的非線性,從二次項展開式中提取低頻分量實現檢波,這種工作狀態下檢波效率正比于輸入信號幅度的平方是個變量。如果二極管采用全波方式的連接,實際上信號通過了兩個串連的二極管,非線性特征會更加明顯,檢波效率和輸入信號的關系曲線會變得更加陡峭,這樣的檢波器在大的動態范圍下特性將很不穩定,顯然是我們不希望的。這樣的小信號檢波電路我們經??梢钥吹?,通常是由三極管的BE節特性來實現。
2、在大信號檢波(峰值包絡)狀態下,可以把二極管看作一個整流器,檢波效率是常數并且接近‘1’,是一種很理想的檢波器,此時若充分利用信號源的負半周實現‘全波整流’從原理上來說是可行的,但是這樣做是不是會帶來效率的提高呢?答案是否定的,因為檢波效率的表達式是V(OUT)/V(IN),半波變全波并不能實現輸出電壓的提升,(這就好比電源整流電路的原理,只要濾波電容足夠大,無論半波,或者全波輸出電壓永遠是更號2倍的輸入電壓),在檢波電路中載波頻率是遠高于音頻信號頻率的,高頻濾波電容可以充分地濾掉載波分量,所以無論是半波或者全波,檢波效率都相似都接近于‘1’,全波檢波只有對載波頻率較低的長波信號和超長波才有意義。充分利用負半周來提高檢波效率的例子也有,常用的倍壓檢波就是個典型,這是徹底地提高了檢波輸出的幅度。
另外,對于接收機的設計,回避大信號檢波級對輸入級的干擾也是很重要的,全波方式檢波將產生大量中頻的二次諧波分量,對于中波AM收音機而言,這些二次諧波分量將直接落在中波頻段內,降低了接收機的穩定性和靈敏度。
二、失真度指標
在接收機大的動態范圍條件下,檢波器的往往不會穩定地工作于某一種工作狀態。由于二極管特性的非線性,低頻輸出除了基波成分還有2次諧波成分,這種低頻的二次諧波是不可能被低通濾波器消除干凈的,是影響失真度指標的大敵。若采用全波方式,非線性特征還會更加明顯,產生的諧波會進一步豐富,更加裂化失真度指標。大信號方式下,無論全波還是半波,失真度指標都是非常好的,都可以控制在10%以內。
三、等效輸入電阻
對于大信號檢波,無論是半波方式,還是全波方式,等效輸入電阻都是穩定的,對于小信號,非線性器件的串連將導致輸入等效電阻的變化速度(輸入信號幅度為變量)成倍增加。
綜合以上,在大信號狀態下全波方式檢波對于提高檢波效率并無意義,另外對于超外差接收機而言,全波方式將產生強烈的中頻二次諧波分量。對于小信號檢波,全波方式是不可取的。但是全波方式并不是一無是處,對于載波和音頻較接近的長波AM的檢波,或者對低中頻接收機,全波方式還是可行的。
這里我還想說一點,檢波效率只是一個比值,是輸入信號包絡幅度和檢波輸出低頻信號幅度只比。是一個數值比,不能用能量轉換效率的概念去理解她,當采用倍壓方式檢波時,檢波效率還會大于‘1’。
有朋友提到阻抗,是不是檢波二極管輸出的和高頻濾波電容并聯的負載阻抗(電阻部分)?這個電阻和并聯電容的時間常數必須大大于載波周期,即使檢波輸出負載改變了整個阻抗特性,也必須得保證最終的時間常數大大于載波周期,所以無論是半波方式還是全波方式,檢波效率都是相同的。
檢波電路時間常數的選取,應將負載阻抗折算到整體阻抗里和高頻濾波電容并聯計算時間常數,這個阻抗不能為無窮大,否則檢波二極管將永遠處在反向截至狀態,檢波器將永遠無法工作。所以,要做檢波器的分析,首先要假定一個RC并聯網絡去確定時間常數,同時將末級視為高阻抗。