检波

为了实现无线电通信或广播，必须把要传送的低频信号加到高频无线电波上，也就是用低频信号对高频波进行调制。相反地，当收音机收到已调制的高频波后，必须从高频波中把低频信号“检”出来，这个过程就是“检波”。没有检波，就得不到所需的低频信号。所以检波是收音机中最重要的一个环节。这篇文章想简单谈谈对已调幅波进行检波的原理。

在矿石收音机里，矿石就起作检波器的作用。为了说明这一点，我们先看看矿石机中不接矿石时，会发生怎样的情况。如图1c所示，把耳机直接接到调谐回路上。这时，如果调谐回路收到一个由简单的正弦低频信号调幅的高频波（图1a），那么，在耳机中流过的电流也是形状完全相同的高频电流。当高频电流的正半周要使耳机的薄膜向一方振动时，紧接着它的负半周就要使薄膜向另一方振动。高频电流的频率是很高的，例如在中波波段就有520千赫～1600千赫。耳机薄膜由于机械惰性的关系，跟不上这样快的振动（还没有开始向一方振动时，电流就又已经改变了方向）。因此，它只好停着不动，耳机中也就没有声音。

如果象图1d那样接上一个“矿石”，情况就不一样了。矿石具有单向导电的性能。它很容易通过某一方向（正向）的电流，而不容易通过相反方向（反向）的电流。或者说，它的正向电阻很小，而反向电阻很大。因此，只有高频电流的正半周能够经矿石流过耳机。流过耳机的电流如图1b所示，是一些方向相同的脉冲，它们的幅度随着低频调制信号而变动。因此，耳机薄膜只向一方移动。脉冲振幅小时，移动的距离小一些，振幅大时，移动的距离就大一些。这样，薄膜就按着音频信号而振动，发出声音来。

现在我们来分析一下图1b的脉冲电流中包含有那些频率成分。由图可见，在每一个高频周期T内，都有一定数值的平均电流，而且这个电流的大小随着脉冲幅度而变化，如图中虚线i所示。换句话说，i的幅度是随着调制音频而变化的。另外，由图2可以看到，电流i可以看成是由一个直流电流I和一个音频电流iΩ迭加而成。由此可见，在图1b的脉冲电流中，不但包含着高频电流成分，而且还包含着直流电流成分和音频电流成分。这个音频电流成分正是我们要“检”出来的音频信号。

在实际的矿石收音机中，常常在耳机上并联一个电容器（图1e）。它的容量要这样选择，使得电容器对音频的阻抗很大，而对高频的阻抗很小。因此，检波后的电流中的直流成分和音频成分将通过耳机，而高频成分就被电容器旁路，而不流到耳机中去。这样就可以提高矿石机的收音效果。

和图1b中的脉冲电流波形不同，图1a的已调幅高频电流在正、负两个半周内都有电流流通。因此，在每一个高频周期T内，平均电流都差不多等于零。可见已调幅波中没有低频电流成分。应当强调指出，已调幅波不是一个高频波和一个低频信号简单地迭加在一起，象图3中所示那样，而是高频波的幅度随低频信号而变化（图1a）。这种已调幅波中只有高频成分，没有低频成分，因此不可能用一个“低频滤波器”或“高频扼流圈”把高频除掉而得出低频来。检波的实质就在于把已调幅波进行“处理”，产生出按照已调幅波的幅度变化而变化的低频成分。为了达到这个目的，必须利用一个非线性元件，如矿石、二极管或其它电子管等。非线性元件的特性是通过该元件的电流和加在它两端的电压不是成正比的关系。因此已调幅波通过非线性元件以后，它的波形就发生了变化，从而产生出和原调制信号形状相同的低频信号。

二极管检波的原理电路如图4所示。二极管也是具有单向导电的性能，它的作用相当于图1e中的矿石。R\(_{1}\)相当于图1e中的耳机，它称为检波器的负载电阻。C1相当于图1e中的旁路电容器。通过二极管的电流是如图1b所示的脉冲电流。这电流中包含有高频、低频和直流成分。高频电流被C\(_{1}\)旁路掉。低频和直流电流在电阻R1上产生一个和图2a曲线形状相似的电压。再经过一个隔直流电容器C\(_{2}\)把其中的直流电压隔开，在R2上就可以得到一个和图2c曲线形状相似的低频电压了。这个电压就是我们所要“检”出来的低频调制信号。

前面说，在耳机或负载电阻上并联一个电容器，把高频旁路掉。这种说法是对的，但是还不够细致。事实上，当加上旁路电容器以后，电路的工作情况就发生了一些变化。现在再进一步具体分析一下。

设有一已调幅波（图5b）加到图5a的二极管检波器的输入端。在高频电压的第一个正半周从A点上升到B点 的时间内，二极管的屏极比阴极正，有脉冲屏流通过，电容器C\(_{1}\)被充电，充得的电压约等于高频电压的最大值（B点）。当高频电压从最大值降低时，电容器上的电压就使得阴极比屏极为正，所以没有屏流。这时C1开始通过R\(_{1}\)放电，电容器上的电压渐渐降低（B、C线），直到高频第二个正半周的电压上升到等于电容器上的电压时（C点），二极管才又开始流通电流，电容器又被充电，充得的电压约等于第二个正半周的最大值（D点）。由此可见，电容器C1两端的电压，是随着高频电压的最大值（幅度）而变动。因此，在R\(_{1}\)C1的并联电路的两端就得出了随原调制信号而变化的电压，如图5c所示。这个波形中包含有直流、低频和高频成分。曲线中的锯齿形就是代表高频成分的。把这个波形和图1b的脉冲波形比较一下，可以看到它的高频波动要小得多，或者说高频成分要小得多。由此可见，所谓电容器把高频旁路掉，实质上是电容器C\(_{1}\)充放电的结果。

检波后所得到的波形，和R\(_{1}\)、C1的数值关系很大。电容器C\(_{1}\)越大，上面积蓄的电荷就越多，放电时电压减小得越慢。电阻R1越大，放电电流越小，放电时电压也减小得越慢。反过来，电容电阻越小，放电时电压就减小得越快。因此可以用乘积R\(_{1}\)C1来说明放电时电压减小的快慢。R\(_{1}\)C1很小时，放电速度很快，当二极管停止导电时，电容C\(_{1}\)和电阻R1上的电压迅速减小。因此，检波所得的电压随高频的波动很大，如图5d所示。R\(_{1}\)C1很大时，放电很慢，输出电压随高频的波动是小了。但是当已调幅高频电压的幅度随调制信号减小时，由于电容器放电很慢，C\(_{1}\)上的电压可能会跟不上调制信号的变化，如图5c中的AB线所示，这样就使得检波所得的电压和原调制信号不同，或者说产生了失真。因此，R1C\(_{1}\)的乘积宜稍大，以减小高频成分；但是不能太大，以免产生失真。一般取C1=50～200微微法，R\(_{1}\)=200～500千欧。

栅极检波的电路如图6a所示。在这个电路中，三极管（或五极管）的栅极—阴极部分起着检波二极管的作用，R\(_{1}\)和C1也和图5a中的相应电阻和电容作用相同。因此，在R\(_{1}\)C1上可以得到检波后的低频电压。这个低频电压正好是加在三极管的栅极阴极间，所以在三极管的屏极电路中就可以得到被放大了的低频电压。

如果更细致分析一下这个电路中的过程，就会发现，在电子管的栅极阴极间，除了加有检波后的低频电压以外，还加有LC振荡回路中的已调幅电压。这种情况如图6b中纵轴左面的曲线所示，其中虚线表示R\(_{1}\)C1 上的低频电压，已调幅高频电压就迭加在这个电压上。经过三极管放大后，三极管屏极电流的变化情况如图6b右上角的曲线所示。其中除了虚线所示的低频成分外，还包含有直流成分和高频成分。在屏极接一个电容器C\(_{a}\)把高频旁路，于是在Ra上就只有直流电压和低频电压成分。再用C\(_{g}\)把直流电压隔开，就可以在Rg上获得随低频调制信号而变化的低频电压了。

屏极检波是依靠电子管屏流栅压特性的非线性来实现的。它的原理电路如图7a所示。我们在栅极加一个很大的负偏压E\(_{c}\)，使屏流刚好截止。这样，当已调幅高频电压加到栅极上时，只有正半周能使电子管产生屏流，如图7b所示。由图可见，屏流中也有直流、低频和高频三种成分。和前面所谈的情况一样，Ca是高频旁路电容器，C\(_{g}\)是隔直流电容器，所以在电阻Rg上能得出和低频调制信号形状相同的电压。

最后简单谈一下上述各种检波方法的优缺点。栅极检波和屏极检波由于利用了电子管的放大作用，所以灵敏度较高。如果输入的已调幅波相同，这两种检波方法可以得到较大的检波输出电压。但是它们的失真较大。二极管检波不能把信号放大，而且要消耗一部分输入功率，灵敏度较低，但是这种检波的失真较小。当前的无线电收音机中，为了保证收音的质量，多采用二极管检波电路；灵敏度低的缺点，用增加放大级数或放大倍数的方法很容易弥补。(纹波)