我对二极管检波的学习和自我认识与理解（陆续整理）

changwanren

           我对二极管检波的学习和自我认识与理解
  学习资料：
   1、网络下载的演示文稿，背景标有长江职业学院。
   2、高频电子线路（哈尔滨工程大学出版社）
   3、固态高频电路（国防科技大学出版社）
      业余爱好，自学过程中，在理解上难免会出现错误，理解不深透在所难免，欢迎有兴趣的坛友进来看看。
      二极管检波用起来较简单，但一时又很难理解透的二极管检波电路。
一、二极管检波的实质是什么？为什么要检波？
      音频信号的信息传递是调制在高频信号上，调幅波的音频信号是通过高频信号的幅值（峰值）变化来传递的。高频信号的峰值变化就等于音频信号的变化，电台发射的信号、经过中频调谐回路输出的调制信号的正负峰值对“地”的幅值变化是对称的，所以载波信号包含着正负对“地”对称的两个音频信号，通过简单的低通滤波器无法从中频信号中滤出音频信号。


检波的作用是将上下对称的包络线的其中一个切除（大信号检波），或者将其中的一个包络线压缩（小信号检波），采用低通滤波器就能滤出音频信号。二极管的单向导电性或正向导通的非线性，就具有此功能。正向导通的非线性可以将其中的一个包络线压缩。
下图为小信号检波示意图，将下包络线压缩

     下图为小信号检波，由于上下两个包络线的幅值不同，可以通过低通滤波器滤除音频信号。

changwanren

二、对检波二极管的幅频特性的学习与理解
      1、二极管定量分析计算公式


2、二极管定性的物理模型。
   模型之一： 死区和导通电压


  死区：锗管Utb=0.1
         硅管 Utb=0.5
   导通电压   锗管        UD=0.2 或（0.1-0.3）
              硅管   UD=0.7或（0.6-0.8）
个人进一步理解：此物理模型应该是整流模型，输出电流较大，不适合于小信号检波模型。
根据二极管输入曲线计算公式计算结果，“死区”不绝对，所谓“死区”和“导通电压”是相对与纵坐标的电流范围而言的，不同的电流范围，对应着不同的“死区”和“导通电压”。

例如，根据二极管的伏安特性的计算方程计算，选取纵坐标的电流0—10uA，0—100uA，0—1000uA，Rbb选取100欧姆，Is选取10uA,见下图：



从三幅图中可看出：
1、 0—10uA的死区电压Utb=0，导通电压Ud约5毫伏
2、 0—100uA的死区电压Utb=30mV，导通电压Ud约50毫伏
3、 0—1000uA的死区电压Utb=80mV，导通电压Ud约120毫伏

oceanwlk

很好，收藏了，有没有大神测试一下矿石检波器的IV特性？

oceanwlk

补充一下：当UD远远大于UT（0.026V，室温下）时，e指数后面的1可以省略，这时曲线近似呈e指数增长。

TYF

1985年参加无线电培训班，学习黑白电视机维修，线路图原理基本都能弄明白，就是音频部分比例鉴频器搞不太明白，问培训老师说利用二极管非线性，继续问老师说他也不能钻进二极管里看看

冰岛

TYF 发表于 2022-11-28 09:14
1985年参加无线电培训班，学习黑白电视机维修，线路图原理基本都能弄明白，就是音频部分比例鉴频器搞不太明 ...

这培训老师也是半瓶子的水平。“比例鉴频”分为两部分，第一部分是移相-叠加——FM-AM变换，第二部分是二极管大信号AM检波。大信号检波的原理，几十年前讲解收音机的书上就简明扼要地说清楚了，只有4个字：一分为二。

TYF

冰岛 发表于 2022-11-28 09:26
这培训老师也是半瓶子的水平。“比例鉴频”分为两部分，第一部分是移相-叠加——FM-AM变换，第二部分是二 ...

谢谢指点。。。。

尚书郎

不懂，但是感觉不错。

求知无足

楼主说的非常好！物理模型的建立，都是根据外在条件的设定为前提的。比如说一只硅PN结的死区电压为0.5V时，是根据流过PN结的电流等于或小于微安量级来说的。实际上，即使是硅PN结的正向电压为零，仍然有电流流过PN结，只不过正向通过PN结的电流与反向通过PN结的电流是平衡的。

求知无足

硅PN结的死区电压为0.5V，这个结论在通常应用时，是完全正确的。在硅PN结作为整流器件时，这个结论可以说完全没有误差。

oceanwlk

PN结中的电流有两种：扩散电流和漂移电流，漂移电流比较好理解，说是载流子在电场下的定向运动；而扩散电流就比较神奇，说是电子从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，跟电场无关，这应该是肖克莱发明的。

ITOUR

搬个小板凳来听老师讲课。

changwanren

    模型之二：将其幅频特性简化后的三个模型

三个模型中，二极管的折线近似模型最接近实际，以UD为折点。
进一步理解，如何选取折线？
选法之一见下图：



选法之二：

林强

比如，如何测量稳压管的动态电阻

changwanren

       三、对检波的学习与理解
1、大信号检波
      何为大信号检波，个人理解应该是能够把其中的包络线切除吧，还是输出电压使二极管产生负偏压？
大信号检波需要多大的输入电压？
（1）物理模型
大信号检波的物理模型：

输出电压U0=Udm×cosθ-Udz，为了使输出电压更大一些，可以加正偏压等于死去电压Udz，对交流来讲，实现Udz=0，物理模型见下图：



（2）技术指标：
①电压传输系数  Kd=cosθ
②输入阻抗Ri≈R/2,输入阻抗约等于负载电阻的一半。
③失真
  A非线性失真：
折线的物理模型是近似的描述，折线的斜率是随导通电压的大小而变化，造成包络线的正负半周不对称，产生失真。
我不能理解的论述：检波器的输出电压是二极管的反向偏压，具有负反馈作用。输出电压越大，负反馈越强，非线性失真越小。

B惰性失真：
  低通滤波器RC的时间常数过大，可产生惰性失真，由于放电过慢，会把载波的负半周的一部分切割掉一部分，见下图物理模型。

消除惰性失真的计算公式：

式中ωmax是音频最大角频率，ma是载波调制系数，通常为0.3，R选取越大，则C需要选取越小。
C、负峰切割失真：
   当交流负载过小于直流负载时,容易产生负峰切割失真,见下图物理模型

检波的负载直流负载R和交流负载RL，不产生负峰切割需满足下列条件

从上式中可算出：当调制系数等于0.3时,满足 RL:R>3:7,不出现负峰切割。
大信号检波的需多大电压？
从物理模型看，所需电压值没有一个定值，只是随着输入电压的减小，电压传输系数越来越小，当“死区”电压为零时，即使输入电压很小，也可认为大信号检波。不过输入电压越小，rd越大，导通角θ就越大，电压传输系数Kd就越小。当rd=R时，Kd=0，已无电压输出。为了增大电压传输系数，可以增大负载电阻R，所以有些高阻探头负载电阻的选取几百千欧姆，甚至1兆欧姆，由于负载电阻很大，对于锗检波管的死区可以认为是零，完全可以不加偏置电压，可以检波出几毫伏的输入电压。

    下图是对一只2AP9的实际测量，当输出电流选取0—10微安时，死区电压基本为零。rd的平均值80mV/10uA=8KΩ，若负载电阻选取200 KΩ，电压传输系数还是很高的。理论计算是把反向饱和电流认为等于0，实际不等于零，所以高阻检波探头，需要反向饱和电流小于锗检波二极管