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楼主: lq19512003

实验:线性检波与平方率检波及滤波电容

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发表于 2010-4-7 16:56:23 | 显示全部楼层
非线性元件的使用都有一个确定工作点的问题,大家知道三极管在使用中是需要确定工作点的,其实二极管也一样。60年代爱好者画的图很好,他给出了二极管检波工作点在哪块儿区域。
姑且把二极管的正向特性认为是指数曲线(近似的),应该知道在一小块区域内是可以用多项式来近似模拟指数曲线的。那么在蓝色区域用二次曲线模拟就足够好了,这也就是我们常说的平方律工作区域。二极管在这个区域工作,主要是靠二次曲线的非线性进行检波工作,所以矿石机的失真是比较大的。如果更详细地讨论此问题,还是另开帖子为好。最后向楼主的辛勤工作致敬。
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发表于 2010-4-7 17:32:05 | 显示全部楼层
楼主何不给工作于平方率状态的二极管加上一个起始的导通电压,使它对小信号也工作在线性区,再看看此时的波形如何。
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 楼主| 发表于 2010-4-7 18:02:53 | 显示全部楼层
这个实验由于时间的关系还没有做完,我的仪表、器材都放在距平常住的地方40公里的另一住处,只能周末做实验,原本实验里还有检波的线性关系和平方律关系关系的测试,当时把线性检波的信号电压从0.5V提高到1V,负载得到的音频电压的确也提高了一倍,而在平方律检波时由于我的仪表性能的限制只能从99dbu下降6dbu到93dbu,从道理上讲的音频电压应该下降到原来的1/4,实际测到的下降量还要更低些,本想仔细复核实验过程,没时间了,老婆催着回市里,只好下星期再继续折腾了,故这次的帖子里不包含这部分,细心地网友会疑惑,既然是实验线性检波和平方率检波为什么不做信号幅度传递关系的测试,其原因就是这样的。
另外,二极管的平方律关系本身就是一个近似的关系,且肯定与管子自身的性能、工作点的位置等因素有关,还与测量方法、仪表精度、判读误差等都有关,在家里实验,不能静下心来,就连最基本的多次重复测量、采集数据都做不到,测到的数据肯定不是很准确的,甚至是很不准确的,故大家对测量的具体数据不要太认真了。
再次感谢诸位网友广泛的发表意见!

[ 本帖最后由 lq19512003 于 2010-4-7 18:08 编辑 ]
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发表于 2010-4-7 18:18:06 | 显示全部楼层
原帖由 老勐 于 2010-4-7 16:56 发表
...这也就是我们常说的平方律工作区域。二极管在这个区域工作,主要是靠二次曲线的非线性进行检波工作,所以矿石机的失真是比较大的。 ...


我想弄清楚的是“二极管在这个区域工作”的“在”是怎么的“在”法。是指工作点落在上面,还是波形的什么位置落在上面。这就是我问的第3个问题。这个问题绝对有意义,因为二极管上电压变化跨度相当大,经常横跨几个区,也会落反向区。如果一直都“在平方律工作区”,那就不会落到反向区上了。既然是科学,就应该尽可能做到概念清晰。但我在矿坛上看过的文章,却始终保持含糊。
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发表于 2010-4-7 18:54:36 | 显示全部楼层
我想,二极管工作在什么区,不在于二极管,而在于输入信号的大小。当输入信号小到一定程度时,不管这信号在二极管特性曲线的什么位置上微变,都不能工作在线性检波区。不知这样理解对不对?
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发表于 2010-4-7 20:10:48 | 显示全部楼层

回复 20# 求知无足 的帖子

就是这样啊。例如晶体三极管特性有截止区、工作区、饱和区,除初始工作点外,随输入信号大小变化,三极管的工作点是移动的。
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发表于 2010-4-7 23:04:14 | 显示全部楼层
原帖由 龙虾 于 2010-4-7 12:13 发表
想问三个问题:
1、线性区与平方律区大致上如何界定?
2、Bat85带47K负载,在多大的电压(或电流)下处于平方律区?
3、平方律检波,是指调幅波的什么东西落在平方律区上?包络线?工作点?还是其它?


我自己回答这些问题吧。

PN结没有正向的线性区,只有串上电阻,加足够的电压,才表现出线性的伏安特性。
电阻可以是二极管的内阻,也可以是负载电阻。

1、当二极管的动态电阻明显小于串联电阻时,两者串联表现出接近线性的伏安特性。
2、阻抗100K的Bat85的带47K负载,总电压在34mV时二极管的动态电阻也是47K。34mV可作分界参考。(96毫伏下已经有相当好的线性)
3、所谓平方律检波,是指调幅波的上包络线落在伏安特性曲线的明显弯曲位上。(是造成失真的原因之一)

参考数据:
100K的Bat85串联47K,通过0.29微安时,
二极管:20毫伏,动态电阻为47K
47K电阻:不足14毫伏
总电压:不足34毫伏

图示:96毫伏时已经有相当好的线性
85-47.jpg
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发表于 2010-4-8 12:37:15 | 显示全部楼层
龙虾老兄的图,做得真好啊!
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发表于 2010-4-8 13:20:28 | 显示全部楼层

回复 23# 求知无足 的帖子

是用EXCEL画的图。我们比两弹一星的科学家条件好得多了,几千条十位数鼠标一拉就计算好了,还可以自动画图。
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发表于 2010-4-8 15:25:16 | 显示全部楼层
可我们虽然具有了这么好的条件,也研究不出两弹一星,连二极管的工作原理还浠里糊涂的。
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发表于 2010-4-10 01:46:33 | 显示全部楼层
原帖由 lq19512003 于 2010-4-7 09:44 发表
很多资料上都介绍二极管在大信号时是线性检波,被检波的信号电压的幅度应充分大于二极管的阀值电压,有些资料上甚至给出了这材料二极管线性检波所需的信号幅度要大于等于0.5V。而小信号的检波则是平方率检波,其信号 ...



这个测试过程中,使用同样的滤波负载,去测量二极管不同区域的检波状态,会影响测试结果的真实性。
滤波负载越重,测试误差越大。
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发表于 2010-4-10 01:54:17 | 显示全部楼层
原帖由 龙虾 于 2010-4-7 14:50 发表
那只是图形Y轴缩放(示波器Y轴增益)引起的错觉。PN结的伏安特性是一条指数曲线,按二阶导数计算,哪里都是一样弯。

把它压扁,线性区又弯成“平方律区”了
459052

把它拉长,“平方律区”又变成线性区了
45 ...



龙虾兄在这个示意图中,其实指出了一个重要的问题:检波器动态工作电平与线性的关系。

只要检波器的动态工作电平足够小,那么它不管工作在哪个电平,其线性度都会比较好。
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发表于 2010-4-10 08:29:46 | 显示全部楼层
原帖由 河泊 于 2010-4-10 01:54 发表



龙虾兄在这个示意图中,其实指出了一个重要的问题:检波器动态工作电平与线性的关系。

只要检波器的动态工作电平足够小,那么它不管工作在哪个电平,其线性度都会比较好。


这是两个经常被混淆的概念。一说非线性才能检波,二说平方律检波效率低失真大。这样的含糊概念会让读者糊涂,笔者自己也会被弄糊涂。

所以我想澄清这两个概念。

调幅波的振幅范围,必须落在非线性区,这样才能确保输出的高频波形与输入不同,才能检波。如果振幅太小,它就相当于落在一条直线上,不能检波!

检波是为了取出上包络线。为了失真小,所以上包络线最好落在线性区。

两点:
(一)调幅波的振幅范围,必须落在检波器的非线性区;
(二)调幅波的上包络线,最好落在检波器的正向线性区。
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 楼主| 发表于 2010-4-12 10:48:06 | 显示全部楼层
本周末做了平方律检波状态下更换不同容量滤波电容的实验:

测试条件基本不变,还是:

二极管: BAT85
测试频率:1MHz,音频1000Hz,调幅度30%,输出电平99dBu(高频毫伏表测96mV)
负载电阻:47K。

测试结果如下:
          滤波电容容量                负载上的音频电压
              300pF                       7.8mV
             1000pF                       7.8mV
             2200pF                        7mV
             0.01uF                       3.7mV
             0.1uF                        0.5mV

以下是不同滤波电容时的负载音频波形图:

IMG_2801.JPG

IMG_2800.JPG

   IMG_2799.JPG

IMG_2802.JPG

IMG_2803.JPG

从波形上可以看出以下几点:

1. 用300pF的滤波电容时残余高频未滤净,但音频电压最高。

2.用1000pF比用2200PF的音频电压高一点儿,失真程度基本一样,2200pF时的滤波比1000pF时干净些。

3.0.01uF滤波虽然干净,但是波形已失真到接近锯齿波的形状了,有些类似整流电源滤波后的波形了,且幅度很低。

4. 0.1uF滤波时音频也基本上被滤掉了。

5. 滤波电容的变化对平方律检波造成的失真没有改善。

综上所述,滤波电容还是1000pF至2000pF左右效果比较好。
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 楼主| 发表于 2010-4-12 11:16:52 | 显示全部楼层
在平方率检波的情况下,变化负载电阻不同的阻值的测试已完成。
测试条件基本不变,还是:

二极管: BAT85
测试频率:1MHz,音频1000Hz,调幅度30%,输出电平99dBu(高频毫伏表测96mV)
滤波电容:2200pF。

   负载电阻阻值               负载电阻上的音频电压

     10K                            3.6mV

     47K                            7mV

     100K                           8.8mV

     220K                           7.9mV

     510K                           5.8mV

     1M                             4.4mV

从以上测试数据看,输出音频电压最高的是负载电阻100K时,很可能在这个实验中100K最接近匹配状态。


测试波形如下:
   


IMG_2805.JPG

IMG_2804.JPG
   
IMG_2806.JPG
   
IMG_2807.JPG
   
IMG_2809.JPG
   
IMG_2810.JPG
   

从以上波形上看100K负载电阻上的波形失真也有所改善。看来阻抗匹配也有减小失真的作用。
所以还是要尽量达到阻抗匹配才好,不能不顾匹配状况地任意增大音频负载的阻抗,无论是从提高输出功率的角度还是从改善失真情况度角度去看都是这样的。
还有更有意思的,就是在这次实验我才注意到:负载电阻上的直流电压是随着负载电阻上的增大而一直在增高。由于时间不够了,我没有复查这一现象的准确程度,如果真是这样,用测量输出负载上的直流电压的办法就不能正确反映音频信号的大小了。


[ 本帖最后由 lq19512003 于 2010-4-12 11:22 编辑 ]
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