衡量检波器的质量指标有四个:1、电压传输系数(检波效率)2、失真度(频率失真及非线性失真)3、检波器的等效输入电阻。
有两种情况:
1、小信号检波(平方率检波)
2、大信号检波(峰值包络)检波
一、针对于第一项电压传输系数指标:(检波效率)
1、在小信号检波状态下,二极管被加了偏置,检波时两个方向都可以导通,是依靠二极管输入特性的非线性,从二次项展开式中提取低频分量实现检波,这种工作状态下检波效率正比于输入信号幅度的平方是个变量。如果二极管采用全波方式的连接,实际上信号通过了两个串连的二极管,非线性特征会更加明显,检波效率和输入信号的关系曲线会变得更加陡峭,这样的检波器在大的动态范围下特性将很不稳定,显然是我们不希望的。这样的小信号检波电路我们经常可以看到,通常是由三极管的BE节特性来实现。
2、在大信号检波(峰值包络)状态下,可以把二极管看作一个整流器,检波效率是常数并且接近‘1’,是一种很理想的检波器,此时若充分利用信号源的负半周实现‘全波整流’从原理上来说是可行的,但是这样做是不是会带来效率的提高呢?答案是否定的,因为检波效率的表达式是V(OUT)/V(IN),半波变全波并不能实现输出电压的提升,(这就好比电源整流电路的原理,只要滤波电容足够大,无论半波,或者全波输出电压永远是更号2倍的输入电压),在检波电路中载波频率是远高于音频信号频率的,高频滤波电容可以充分地滤掉载波分量,所以无论是半波或者全波,检波效率都相似都接近于‘1’,全波检波只有对载波频率较低的长波信号和超长波才有意义。充分利用负半周来提高检波效率的例子也有,常用的倍压检波就是个典型,这是彻底地提高了检波输出的幅度。
另外,对于接收机的设计,回避大信号检波级对输入级的干扰也是很重要的,全波方式检波将产生大量中频的二次谐波分量,对于中波AM收音机而言,这些二次谐波分量将直接落在中波频段内,降低了接收机的稳定性和灵敏度。
二、失真度指标
在接收机大的动态范围条件下,检波器的往往不会稳定地工作于某一种工作状态。由于二极管特性的非线性,低频输出除了基波成分还有2次谐波成分,这种低频的二次谐波是不可能被低通滤波器消除干净的,是影响失真度指标的大敌。若采用全波方式,非线性特征还会更加明显,产生的谐波会进一步丰富,更加裂化失真度指标。大信号方式下,无论全波还是半波,失真度指标都是非常好的,都可以控制在10%以内。
三、等效输入电阻
对于大信号检波,无论是半波方式,还是全波方式,等效输入电阻都是稳定的,对于小信号,非线性器件的串连将导致输入等效电阻的变化速度(输入信号幅度为变量)成倍增加。
综合以上,在大信号状态下全波方式检波对于提高检波效率并无意义,另外对于超外差接收机而言,全波方式将产生强烈的中频二次谐波分量。对于小信号检波,全波方式是不可取的。但是全波方式并不是一无是处,对于载波和音频较接近的长波AM的检波,或者对低中频接收机,全波方式还是可行的。
这里我还想说一点,检波效率只是一个比值,是输入信号包络幅度和检波输出低频信号幅度只比。是一个数值比,不能用能量转换效率的概念去理解她,当采用倍压方式检波时,检波效率还会大于‘1’。
有朋友提到阻抗,是不是检波二极管输出的和高频滤波电容并联的负载阻抗(电阻部分)?这个电阻和并联电容的时间常数必须大大于载波周期,即使检波输出负载改变了整个阻抗特性,也必须得保证最终的时间常数大大于载波周期,所以无论是半波方式还是全波方式,检波效率都是相同的。
检波电路时间常数的选取,应将负载阻抗折算到整体阻抗里和高频滤波电容并联计算时间常数,这个阻抗不能为无穷大,否则检波二极管将永远处在反向截至状态,检波器将永远无法工作。所以,要做检波器的分析,首先要假定一个RC并联网络去确定时间常数,同时将末级视为高阻抗。