收音机中检波和自动增益控制

呜呼

检波本质而言是一种整流，把高频信号整流的过程就是检波。因此任何一种有整流作用的元件都可以用于检波电路，例如：晶体二极管（包括矿石），电子二极管，三极管，多极管等等。本文说明了收音机中检波器的工作原理，主要介绍晶体二极管检波器与自动增益控制，这部分完是转自金国均文，后面的三极管检波是我编辑的。

甲，二极管检波与自动增益控制（转无线电金国钓文）

    无线电广播信号是已调制波，其目的是为了用高频载波来运载音频信号。收音机收到广播信号，经变频后虽然已经变为中频，但仍是已调制波，只是其中的载频变低为465千赫，其中包含的音频（包络线）仍保持原样不变，如果将这一中频信号直接送到喇叭上，是无法听到声音的。要使喇叭放出音频信号，还必须将原来调制在高频已调制波上的音频信号检出来，或是说分出来，这个过程就叫做“检波”。它与调制过程正好相反，因而也叫“解调”。
    检波过程，即从已调制波中检出音频信号的过程，必须有非线性器件才能实现。进行检波的这种非线性器件，通常叫做检波器，譬如在半导体收音机中，都用半导体二极管作检波器。
    输入检波器的信号电压U入的大小不同，检波二极管的工作情况是不一样的。为了理论计算上的方便，一般总是将检波工作按两大类进行分析：即所谓小信号平方律检波和大信号直线性检波。在超外差收音机中，检波总是安排在中放级以后，信号经过变频、中放后，到达检波级的输入电压U入，其幅度一般能做到大于0.5伏，一般可认为是大信号直线性检波；而在再生来复式收音机中，信号虽经高放，但其幅度仍较小，故大多数仍属于小信号平方律检波。为了对检波工作原理有一个较全面的理解，下面除详细分析大信号检波外，对小信号检波也作一些简要介绍。
    一、小信号平方律检波
    图1画出了检波二极管的电压与电流相互关系的曲线，一般叫它伏安特性曲线。因为二极管是个非线性元件，所以它的伏安特性不是一条直线，特性曲线的底部弯曲，上部近于直线。当检波输入信号U入的幅度很小（如小于0.2伏）时，我们必须给检波二极管加上适当的正向偏压，才能使它处于导通状态，这样工作点Q便位于其正向伏安特性曲线的弯曲部分（即靠近曲线底部）。只有这样，才能使二极管对输入的小信号进行检波。图中可见：当输入信号U入为1′点时，对应于伏安特性曲线上可找到点1，可有输出1″点；当U入为2′点时，又可通过伏安曲线得到输出电流的2″点……，这样点点对应，可作出检波输出波形。这一检波输出波形是非对称的，通过数学分析可知，这一非对称的信号电流中包含有三种成分：直流、音频和一些中频成分。其中的音频成分是我们所需要的，它与信号U入的幅度U1（t）的平方成正比，即id=12a2U12(t)，其中a2为系数，平方律检波也因此而得名。

    要使检波输出电流与输入电压近似于平方关系，就必须使二极管工作在其伏安特性曲线的弯曲部，因为曲线的弯曲部位接近于平方曲线。这就是说，在平方律检波中，我们给二极管所加的正向偏压不能太大，否则输入信号电压将位于曲线的直线性部分，检波输出波形就要接近于对称，输出电流与输入电压的平方关系就不能成立，检波效率就大为降低；但二极管所加正向偏压也不能过小，或根本不加，否则，那样小的输入信号幅度就不足以打通检波二极管，当然就无法实现检波。
    平方律检波有它一定的优点，即它属于小信号检波，对前级放大器的增益要求不高，但也有缺点，从图1可以看出，检波输出的波形负半周被压扁了，音频成分id与原调制包络线形状相差较大，即失真较为严重，且检波效率也较低，故目前总是尽可能地采用大信号直线性检波。
    二、直线性检波
    当检波信号U入的幅度大于0.5伏时，就不需要给二极管加正向偏压，检波情况如图2所示。这时二极管的工作点是在0点，因而其检波过程与二极管的整流过程极为相似，即只有在输入信号正半周时，二极管才正向导通，有检波输出，负半周则都被削掉。由图可见，检波输入信号的幅度很大，其峰值均处于二极管正向伏安特性曲线的直线部分。故检波输出中的音频电流成分id的幅度与输入电压的幅度成正比，即保持线性关系，所以这种检波器失真小，效率高，得到广泛应用。

    要严格区分平方律检波和直线性检波，在某一电压幅度上划一个界限，是没有必要的。将检波器按这两种情况来分析，仅仅是为了理论计算上的方便，使理论计算能比较符合于实际情况。有些电子测量仪器中，为了得到更好的检波线性，往往将检波输入电压做到大于1伏，使检波情况更符合线性规律。
    三、半导体超外差式收音机中的检波电路
    图3为半导体超外差式收音机最简单的检波电路。其中电C对465千赫中频信号的阻抗很小，近于短路，故中频调幅信号可由末级中周BZ3的次级加到检波二极管D的两端，进行检波。前面说过，超外差式收音机的检波是属于大信号直线性检波，它是利用二极管PN结的整流特性。当输入信号正半周时，如图3，BZ3次级上端正，下端负，二极管正向导通。检波电流一路iR流过负载电阻R；另一路i充向电容器C充电。当输入信号负半周时，BZ3次级上端负下端正，二极管D反向截止，电容C向负载R放电。

    图4为检波输出在RC负载上的充放电情况。在输入信号正半周，二极管D导通时， 由于二极管正向内阻很小，故充电电流I充很大，在很短时间内，电容C上的电压Vc就被充到接近于信号电压的峰值A点。这个电压Vc对二极管D来说是负极性的（见图3所标电压极性），因此，当信号电压由峰值逐渐减小时，只要它的幅度小于Vc，二极管D就处于截止状态，这时电容C向R放电，由于R比二极管的内阻要大，所以放电时间比充电时间要长。在Vc下降到B点时，信号第二个周期正半周幅度又开始大于Vc，二极管D又开始导通，电容C又被充电，使Vc升到E点……，这样周而复始地重复上过程，我们在负载RC上就可得到一条如图4所示A－B－E-F-G…呈锯齿形的输出电压波形。图中为了说明问题，画的是简化了的放大图，实际上由于输入信号是465千赫，频率还是很高的，因而输出波形的锯齿很小、很密，从形状来看，它与输入信号的包络线极为相似（失真很小），只不过幅度稍小些。如果设法把检波输出中的中频成分滤掉，负载RC上得到的就是相当平滑的平均电压波，如图4中所示好像是调幅包络线的再现，因而也可将直线性检波叫做包络检波。

    显然，检波失真的大小与负载RC有关。如图4中，B-E间二极管导通，有检波电流向C充电，这一段充电时间称为二极管电流的导通用θ（读作“西搭”）。θ角的大小和放电时间的长短，是取决于RC数值的大小的。R越大，放电电流越小，放电时间就长；反之则短。C越大，充电时间越长，反之则短。通常用两者乘积来表示充放电时间的长短，就是通常所说的“时间常数”，用τ表示（读作“套”，τ=RC。要使检波失真小，也就是说要使检波输出波形跟得上包络线的变化，τ就不能用得太大，否则电容C来不及放电，信号第二个正半周又来到而被充电，Vc越充越高，相当于二极管导通角θ越来越小，充电时间随之缩短，放电时间却随之加长，充放电曲线就越来越平坦。尤其当输入包络波幅度下降时，由于C来不及放电，Vc高于输入信号电压，使二极管在输入信号的几个周期内处于截止状态。电容器C向R缓缓放电，如图4中G－H段折线所示，这就产生严重失真。
    当然，τ也不能过于小，譬如若C用得太小，就会对中频信号产生一定阻抗，检波输出中频成分也不能很好地滤除；R太小，检波器输入阻抗就会降低，相当于增加了第二个中放输出回路的损耗，使中放增益下降、选择性变坏。半导体超外差式收音机检波电路中，电容C在5100微微法～0.02微法之间选用，R则多数用4.7千欧或5.1千欧的电位器。 （金国钓）
图5为六管以上半导体收音机中常用的检波电路，其中R17、C25和C26组成“π”型RC滤波器，将检波输出中的中频成分滤掉，其滤波过程可简单地用分压器原理加以解释：检波输出的中频成分被C26先滤掉一大部分，残剩的中频成分又被R17和C25、R18组成的分压器进行分压。对于中频来说，C25容抗很小且远小于R18，故C25与R18的并联值取决于C25，因而中频成分被R17与C25分压的结果，几乎全部降落在R17上。对于检波输出的音频成分id和直流成分I0来说，C25容抗很大（对直流可看作开路），故C25与R18的并联值取决于R18音频或直流成分被R17与R18分压，而R18远大于R17，分压的结果几乎大部分降落在R18上。这样，在音量电位器R18上得到的几乎是没有中频成分的音频电压和直流电压。其中音频通过C27耦合到下一级低放去，直流I0却被C27阻挡，不致影响下一级低放的工作点。但是，直流I0却可通过R12、C14组成的滤波器，得到较纯的直流，反送到第一中放管BG2的基极去，进行自动增益控制。

    四、六管超外差式收音机中的自动增益控制电路
    我们知道，收音机在收听近地、强电台或远地、弱电台时，声音大小是不同的，尤其在收听短波电台时，由于短波主要是靠电离层反射传播的，因而电离层的变化引起的信号衰落，会使收音机声音忽大忽小，严重影响收听效果。为了使收音机在接收强弱不同信号时，不致严重地影响输出信号的大小，超外差式收音机里总加有“自动增益控制”（外文习惯上用AGC表示）的电路，使放大器的增益自动地随输入信号强弱而适当调整，以得到相对稳定的输出。
    1．自动增益控制的基本方法：图5检波电路中，通过R12和C14组成的滤波电路，将a点得到的直流成分反送到第一中放管的基极去，进行自动增益控制，音频成分却被滤掉。这就是超外差收音机里自动控制增益的最基本方法。
    我们将六管机内与自动增益控制有关的电路画在图6上。从图5及图6中可以看出，检波输出中的直流成分I0，从a点分成两路：一路I0′流经音量电位器R18到地，在R18上产生直流电压降，其极性如图上所示上端正、下端负，这个直流压降与I0在R17上的直流压降相串联（也是上端正下端负），对检波二极管D2来说是极性相反的，因此二极管D2在检波过程中，其工作点并非在0点，而是在这个反向直流电压的作用下，总是自动地偏负的；另一路I0″，如图6中箭头方向所示，流经R12、BZ2次级线圈到第一中放管BG2的基极，方向正好与BG2管的基极电流Ib2相反，因而要抵消一部分Ib2，Ib2减小，集电极电流Ic2=β2Ib2也会相应减小，即放大器直流工作点随之降低，第一中放级的增益就跟着降低。因为直流分量I0″的大小是随输入信号强弱而变的，当收音机接收强信号时，经变频、两级中放级加到检波级的中频信号也较强，检波输出的直流成分I0就增大，分流I0″也随之增加，Ib2被抵消得就多，使Ic2减小，把第一中放的增益减下来；反之当接收弱信号时，由于自动增益控制电路的作用，使第一中放的增益增高。这样，就使中放输出比较平稳，不受输入电台信号强弱的影响。

    上述分析说明，要起到自动增益控制的作用，必须使控制电流I0″ 与被控管BG2的基极电流Ib2方向相反，因而检波二极管D2的极性在装机时一定要注意。如果在图5电路中将D2反接过来，则变为信号负半周才有检波输出，I0″的方向与Ib2就相同了，不但起不到增益控制作用，反而使放大器增益随信号增强而变高，构成正反馈，容易造成放大器自激。另外，考虑到自动增益控制作用的范围，使被控管的基极电流Ib2容易受I0″的控制，我们在调整该管直流工作点时，总是将Ic2调得较小。在“中放”一讲中已提到，一般调Ic2=0.3～0.5毫安。若该管选用β2=60，则Ib2=Ic2/β2=5～8微安，很易受I0″的控制。
    在超外差收音机里，自动增益控制通常不加到变频级，因为控制电流I0″使变频管的直流工作点发生变化，会改变混频工作状态，引起频率漂移，这是变频级所不允许的。一般也不加到第二中放级，因为第二中放级的输入、输出信号幅度都较大，管子直流工作点的变化很容易引起信号失真。
    2．二次自动增益控制：上述控制电路，对中、小信号电压，其效果比较显著，能保持平稳的输出，但对大信号就很难适应，也就是说，控制范围较窄，不够理想。尤其目前的六管机，几乎第二中放均兼作来复低放，而小功率高频管集电极电流的动态（变化）范围总是有限的，当信号过大时，不但容易产生严重失真，还容易产生自激、阻塞，所以在六管机中，除加有基本的自动增益控制电路外，一般还加有二次自动增益控制电路。图6中由R5和二极管D1串联后与R9、C18一起就起到这样的作用。D1在习惯上也叫做阻尼二极管。这种二次自动增益控制的原理与上述基本的自动增益控制电路是根本不同的，它的作用仅仅是对强信号实现增益控制，以弥补基本控制电路的不足。
    二次自动增益控制的工作过程是这样的；见图6，对中频信号来说，C18相当于短路，即二极管D1的负端c点交流接地，若忽略电池内阻，电池正、负端是交流同电位的，亦即接地点与BZ1初级抽头2端交流同电位，这就相当于在交流状态下，R5和D1串联电路是并联在中周BZ1初级1～2端的；对直流来说，R5端点b通过BZ1初级2端接电池负端d，故R5、D1串联电路是并联在R9两端的。
    当收音机在接收中、小信号时，检波电路中a点得到的直流成分I0亦小，加到中放管BG2基极去的控制电流I0″亦较小，BG2管的集电极电流Ic2仍较大，若这时Ic2=0.5毫安，流过R92产生的压降为Ic2R9=0.5毫安×1千欧=0.5伏，若R9接的电池负端d点的电压是-5.5伏，则c点电压就为-5伏，而在直流状态，R5、D1串联电路是并联在R9两端，即C～d间的，故使二极管D1工作在反向偏压、截止状态，内阻很大，对交流来说R5、D1的这一大电阻并在BZ1初级回路上，并不影响回路Q值，因而变频管的混频增益不受影响。
    当收音机接收强信号时，a点过来的控制电流I0″亦增大，改变BG2管的直流工作点，几乎使它处于截流状态，即Ic2≈0。这时压降Ic2R9就很小，c点与d点的直流电位接近相等，而b点直流电位就是d点，故二极管D1两端偏压接近为0，内阻减小，对于交流来说，此时R5、D1并入BZ1初级回路，它的影响就较大了，将使回路Q值降低、混频增益随之下降，相当于中放级输入信号减小，起到了强信号抑止作用，避免了六管机在强信号工作时产生的阻塞现象，改善了收听效果。上述分析说明，二次自动增益控制是利用二极管D1的内阻，在强信号时发生变化来改变混频增益的，因而D1在这里起到了阻尼作用，阻尼二极管也因此而得名。
    五、检波二极管的选择
    对检波级的基本要求是效率高、失真小。因此，对检波二极管也要求其正向电阻小、反向电阻大，使信号在二极管上的损耗尽量减小，以提高检波效率。一般选正向电阻小于500欧、反向电阻大于500千欧就足够了。另外，还要求检波二极管的工作频率应高于中频465千赫，否则二极管工作频率低，其PN结电容必然偏大，高频损耗就增加，检波效率低、失真也严重。一般点接触型的检波二极管，如2AP型的，均可满足收音机检波级的要求，而面接触型的，如2CP型整流管，其工作频率均不高于50千赫，故都不能用作收音机检波。同样道理，如果手头有烧坏的3AG系列的高频三极管，只要其发射结还是好的，就可作收音机检波用（集电结稍差点），而3AX系列的低频三极管的PN结就不能用作检波管。

乙，三极管检波与 自动增益控制

这里向大家介绍一款三极管检波电路，电路如下图所示。

a，三极管检波与AGC的原理。
三极管检波的实质是二极管检波加三极管放大。这里二极管就是三极管BG2的基-射极的PN结，检波后的信号被三极管放大，从发射极（也可以从集电极）输出。通常为了获得自动控制信号，并减少失真，从发射极输出音频信号，而从集电极取出自动增益控制（AGC）信号。当输入信号增强时，通过BG2电流IC2增大，IC2的增大使得BG2的集电极电位降低，这又使末级中房管BG1的基极电位下降，从而是BG1的增益下降，反之则反，如此实现AGC作用。
调试。调整R2使BG1的集电极电流在0.3--0.7mA范围内，这时检波管BG2的静态工作电流约在20μA--40μA范围内——以保证发射结工造在非线性状态，否则，检波作用不好，效率低。
b，三极管检波的特点：
1、与二极管相比，在失真系数相当的条件下，其检波效率大大提高，功率增益接近0db，而二极管检波器的功率增益约为-20db。
2、输入阻抗高，由二极管检波的1--2千欧提高到20千欧左右，这可使B2次级匝数增大，有利于改善AGC的控制性能。
3、因为检波管BG2接成发射极输出器，所以其输出阻抗小约500欧，只有二极管检波器的1/2-1/3，使其带负载能力增强。

zmd-zhu

通俗易懂。
全面深刻。

frival

好帖子，谢谢分享！

zhouming

好帖  详细讲解了自动增益控制的原理和工作过程