第4章 振幅调制与解调

1、LOGO 第四章第四章 模拟振幅调制和解调模拟振幅调制和解调 光学与信息工程学院光学与信息工程学院 通信工程系通信工程系 概述概述 o调制：调制：在发射端将调制信号调制信号从低频段变换到高频段, 便 于天线发送或实现不同信号源、不同系统的频分复用 o解调：解调：在接收端将已调波信号已调波信号从高频段变换到低频段, 恢复原调制信号。 o按载波波形分：按载波波形分： 脉冲调制：脉幅调制(PAM), 脉宽调制(PDM)和脉位调 制(PPM) 正弦波调制正弦波调制：调幅(AM)、 调频(FM)和调相(PM) o本章内容：本章内容： 原理、电路组成(混频、调制、解调(检波) 4.1 4.1 调幅信号的基

2、本特性调幅信号的基本特性 o振幅调制的方式振幅调制的方式 AM( (标准振幅调制标准振幅调制) ) DSBAM(抑制抑制载波的载波的双双边带振幅调制边带振幅调制) ) SSBAM( (抑制载波的抑制载波的单单边带振幅调制边带振幅调制) ) VSBAM( (残留边带振幅调制残留边带振幅调制) ) 共同特性：共同特性： 对频谱进行不对频谱进行不 失真的搬移失真的搬移 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AM o标准振幅调制标准振幅调制(AM) 用低频调制信号低频调制信号去控制高频正弦波控制高频正弦波( (载波载波) )的振幅的振幅, 使其随 调制信号波形的变化而呈线性变化。 组成模

3、型 tVtv ccmc cos)( 设载波信号为 )(tv 调制信号为 ttkvVttvtv ccmcm cos)(cos)()( 已调信号为 )()()(tvtvtvA ccm )(tv )(tvc m A )(tv cm m V k A 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AM o单音调制单音调制 tVtv m cos)(假设 ttmV tt V kV V ttkVVtv cacm c cm m cm cmcm cos)cos1 ( cos)cos1 ( cos)cos()( ma为调幅系数 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AM cma Vmv)1 (

4、max 调幅信号的最大值调幅信号的最大值 cma Vmv)1 ( min 调幅信号的最小值调幅信号的最小值 已调波已调波振幅包络振幅包络 cm cm cm cm cm a V Vv V vV V vv m maxmin minmax )( 2 1 ttmVtv cacm cos)cos1 ()( 若0 ma 1(过调),看图 4-2，产生失真，包 络变化不再与调制 信号相同 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AM oAM信号的频谱带宽信号的频谱带宽 tVmtVm tVttmVtv ccmaccma ccmcacm )cos( 2 1 )cos( 2 1 coscos)cos1

5、 ()( cm V c c c cm a V m 2 上边频 cm a V m 2 下边频 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AM o 若v(t)为一般非周期调制信号 u (t) cmax cmax 0 t t max min u A M(t) 0 c cmin cmin BW u(t) c max cmax 0 t t max min u A M(t) 0 c cmin cmin BW 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AM o 功率功率 tVmtVmtVtv ccmaccmaccm )cos( 2 1 )cos( 2 1 cos)( o a DSBAM

6、P m PPP) 2 1 ( 2 0 o a SSBDSB P m PP 2 2 2 o a L cmaSSB P m R VmP 42 1 ) 2 1 ( 2 2 上边频或下边频 L cm o R V P 2 2 1 载波 调幅波的功率利用率 2 2 0 2 0 2 2 ) 2 1 ( 2 a a a a AM DSB m m P m P m P P 3 1 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性AM oAM信号的产生和解调方法信号的产生和解调方法 非 线 性 器 件低 通 滤 波 器u(t)uAM(t) 包络检波原理图包络检波原理图 ur(t) uAM(t)u(t) 低 通

7、滤 波 器 同步检波原理图同步检波原理图 )()()()(tvtvtvAtv ccm )(tv )(tvc m A )(tv AM波调制原理图波调制原理图 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性DSB o 抑制载波的双边带调制抑制载波的双边带调制(Double Sideband Modulation) )cos()cos( 2 1 )(ttVKVvKvtv cccmmcDSB (a)(b) u(t) uc(t) 0 uDSB(t) 0 0 t t t 0 0 0 c c c ) 2 2(2 max FBWDSB v 包络不再反映调制信号，但保持频谱搬包络不再反映调制信号，但保持频

8、谱搬 移的特征；移的特征； v在调制信号波形过零点处，高频已调波在调制信号波形过零点处，高频已调波 有有180 的相位突变；的相位突变； v所占带宽与所占带宽与AM一样。一样。 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性DSB o DSB信号的产生和解调方法信号的产生和解调方法 ttVKVtv ccmmDSB coscos)( ur(t) uAM(t)u(t) 低 通 滤 波 器 同步检波原理图同步检波原理图 u K uC uDSB 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSB o抑制载波的单边带调制抑制载波的单边带调制(Single Sideband Modulati

9、on) 2 max FBW SSB cm m V KV 2 c tV KV v ccm m SSB )cos( 2 下边带 cm m V KV 2 c tV KV v ccm m SSB )cos( 2 或上边带 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSB oSSB信号的产生和解调方法信号的产生和解调方法 产生 uc(t) u(t) 带 通 滤波器 uDSB(t)uSSB(t) 频域滤波法频域滤波法 v具有陡峭过渡带的带通滤波器 v这样的高频高阶带通滤波器不易制作 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSB o 当调制波为频带信号，对每个频率分量均准确移相当调制

10、波为频带信号，对每个频率分量均准确移相90的的 电路比较复杂电路比较复杂 UcmUmsin ct sin t 90 相移器 90 相移器 Umsint Ucmsin ct uc Ucmcos ct u Umcos t uSSB(t) UcmUmcos ct cos t 时域相移法时域相移法 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性SSBAM o 相移滤波法相移滤波法 u3 cost cos t 低 通 滤波器 u5 cos( )t 低 频 振荡器 u1 cos t 90相 移网络 低 通 滤波器 tu 11 sin u4 cost sin t u cos t u2 cos t tu

11、 22 sin u6 sin( )t u7 cos 2t cos( )t u8 sin 2t sin( )t uo cos( 1) t 90相 移网络 高 频 振荡器 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性VSBAM o 残留边带调幅 发送信号中包括一个完整边带、载波及另一个边带的小部发送信号中包括一个完整边带、载波及另一个边带的小部 分分(即残留一小部分即残留一小部分) v比普通调幅方式节省频带； v避免单边带调幅要求滤波器衰减特性陡峭的困难； v 发送的载频分量便于接收端提取同步信号。 v电视系统中的图像信号 AM+滤波器 同步解调 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号

12、的基本特性 o普通调幅功率利用率低, 但可采用简单、低成本的 包络检波方式, 故广泛用于电台广播系统。 o双边带调幅与单边带调幅功率利用率高, 可用于小 型通信系统, 其中单边带调幅可节省一半频带, 但 需解决如何获得同步信号的问题。 o残留边带调幅广泛用于电视广播系统。 4.1 4.1 调幅信号的基本特性调幅信号的基本特性 o例：例：已知载波信号为v(t) =Vcmcosct，调制信号如图所示。 其中 ，分别画出m=0.5及m=1两种情况下AM波形以 及DSB波形。 t T )(tf1 1 1 T fc 1 t T )(tf 2 1 1 解 图4-3解 图4-4 4.2 4.2 调幅电路调幅

13、电路 o振幅调制电路振幅调制电路 高电平调制 v在发射机的最后一级直接产生达到输出功率要求的已调波，在发射机的最后一级直接产生达到输出功率要求的已调波， 有利于提高发射机的效率；有利于提高发射机的效率； v谐振功率放大器结合调制电路谐振功率放大器结合调制电路 基极调幅基极调幅 集电极调幅集电极调幅 低电平调制 v产生小功率已调波，再经线性功率放大器放大，达到所需产生小功率已调波，再经线性功率放大器放大，达到所需 的发射功率的发射功率 乘法器乘法器 二极管调制器二极管调制器 4.2 4.2 调幅电路调幅电路丙类谐振功放丙类谐振功放 o高电平调幅电路高电平调幅电路常用于常用于AM信号调制信号调制

14、利用丙类谐振功放的基极或集电极调制特性； 集电极电源电压UCC(t)=UCC0+u(t)，即一个固定 直流电压直流电压与一个低频交流调制信号调制信号之和。随着 UCC变化, 使静态工作点左右平移, 从而使动态线 左右平移。当谐振功放工作在过压状态过压状态时，Ucm 将发生变化, 近似有UcmUCC(t)的关系。如输入 信号为高频载波cosct，输出LC回路调谐在c 上, 则输出信号可写成: uo(t)=Ucmcosct =kUCC0+u(t)cosct 其中k为比例系数。 uc(t) UBB UCC0u UCC(t) LC uo(t) 集电极调制原理图集电极调制原理图 4.2 4.2 调幅电路

15、调幅电路丙类谐振功放丙类谐振功放 o为实现深度调幅，放大器需始终工作于过压区；为实现深度调幅，放大器需始终工作于过压区； Ucm与与UCC(t)不可能是线性关系；不可能是线性关系； o效率高，但调制信号的功率要大；效率高，但调制信号的功率要大； 4.2 4.2 调幅电路调幅电路乘法器乘法器 o低电平调幅电路低电平调幅电路常用于常用于DSB信号信号 单片集成模拟乘法器 则两信号相乘后的输出信号为 ,cos,cos 21222111 tUutUu设两个输入信号分别为 )cos()cos( 2 2121 21 21 tt UkU ukuuo 乘法运算能够产生两个输入信号频率的和频和频与差频差频，这

16、正是调幅、检波和混频等电路所需要的功能。 4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器 o 模拟乘法器是利用模拟乘法器是利用非线性器非线性器 件件完成两个模拟信号的相乘完成两个模拟信号的相乘 运算。运算。 o 集成模拟乘法器是一种模拟集成模拟乘法器是一种模拟 集成电路，它是以集成电路，它是以差分放大差分放大 器器为基础构成的信号相乘电为基础构成的信号相乘电 路。路。 o 模拟乘法器模拟乘法器主要指标主要指标有工作有工作 频率、运算精度、载波抑制频率、运算精度、载波抑制 比、输入信号动态范围等。比、输入信号动态范围等。 u1 u2 uo 乘法器的符号乘法器的符号 4.2 4.2 调幅电路乘法器调

17、幅电路乘法器 o 差分放大器原理差分放大器原理 差模放大、共模抑制，信号差模放大、共模抑制，信号 噪声比优噪声比优 单差分放大器单差分放大器 单差分放大器单差分放大器 EC RCRC iC1 iC2 V1V2 uBE1uBE2 u1 uo Io V3 RE EE (a) u2 RE EE V3 Io (b) 1 2 12 12 112 11 22 2 BE T BE T o C QC QCQ CCo BEBE u U EsC u U EsC I III iiI uuu iI ei iI ei 直流状态下直流状态下 E o E E I R 1时时 晶体三极管工作在放大区时的晶体三极管工作在放大区

18、时的转移特转移特 性曲线性曲线的指数函数表达式为：的指数函数表达式为： T be U u sC eIi 其中：其中：Is为发射极反向饱和电流；为发射极反向饱和电流； 热电压热电压UT26mV 4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器 1 2 12 12 112 11 22 2 BE T BE T o CQCQC Q CCo B EB E u U EsC u U EsC I III iiI uuu iI ei iI ei 1 1 1 2 (1) 22 (1) 22 o C T o C T Iu ith U Iu ith U xx xx ee ee xch xsh xth )( )( )(双曲

19、正切： 交流状态下交流状态下 单差分放大器单差分放大器 EC RCRC iC1 iC2 V1V2 uBE1uBE2 u1 uo Io V3 RE EE (a) u2 RE EE V3 Io (b) 可得：可得： T BE T BE U u sC U u sC eIieIi 21 21 , 单差分放大器单差分放大器 EC RCRC iC1 iC2 V1V2 uBE1uBE2 u1 uo Io V3 RE EE (a) u2 RE EE V3 Io (b) 4.2 4.2 调幅电路调幅电路乘法器乘法器 EC R C R C iC1 iC2 V1V2 uBE1uBE2 u 1 uo Io V3 R

20、E E E (a) u 2 R E EE V3 Io (b) ) 2 1 ( 2 ) 2 1 ( 2 12 2 12 1 TE E c TE E c U u th R uE i U u th R uE i 若，恒流源电路是受电压若，恒流源电路是受电压u2控制的受控制的受 控恒流源控恒流源 Ccco Riiu)( 21 E E o R uE I 2 T C E E U u thR R uE 2 2 2 12 4.2 4.2 调幅电路调幅电路乘法器乘法器 TTT U u U u th U u 22 1 2 111 时，有当 211 12 222 uu UR R u UR RE U u R R uE

21、 TE C TE CE T C E E T C E E U u thR R uE u 2 2 2 12 0 u u1为小信号时，uo中含两输入电压的相乘项 u u1为中等大小信号时，thx用傅立叶系数展开；u1为大信号时，thx近似 双向开关函数，不管u1大小如何，uo中都含两输入电压的相乘项，因此单 差分电路可用于调制、解调、混频等频谱搬移的场合； u uo与u2呈线性关系，即下输入端为线性。uo与u1为双曲正切关系，即上输 入端是非线性，将产生高次谐波。减小上输入端信号电平，将改善非线性 u uo不仅有相乘项，还有其他成分，因此单差分对乘法电路不是理想的乘 法器； 4.2 4.2 调幅电路

22、乘法器调幅电路乘法器 o 双差分对乘法电路双差分对乘法电路 RC iC1 V 1 V 2 u1 (a) uo RC EC iC2iC3iC4 u2 Io V 5 V 6 iC5 iC6 V 3 V 4 (b) u2 Io V 5 V 6 iC5 iC6 RE 双差分电路双差分电路 2 5 2 6 (1) 22 (1) 22 o C T o C T Iu ith U Iu ith U 51 1 51 2 61 3 61 4 (1) 22 (1) 22 (1) 22 (1) 22 C C T C C T C C T C C T iu ith U iu ith U iu ith U iu ith U

23、 Ccccco Riiiiu)()( 4231 T CCC U u thRii 2 )( 1 65 T C T o U u thR U u thI 22 12 21 2 4 uu U RI T Co 4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器 T CCCo U u thRiiu 2 )( 1 65 EEee R u Rrr u i 2 65 2 p具有射极反馈电阻的双差分对乘法电路具有射极反馈电阻的双差分对乘法电路 p加入负反馈电阻解决输入信号线性范围太小的问题加入负反馈电阻解决输入信号线性范围太小的问题 RE远大于远大于V5、V6的发射结电阻的发射结电阻re E oo c R uI i I

24、 i 2 5 22 E oo c R uI i I i 2 6 22 u2不是以双曲正切函数自变量的形式出现在输出电压表达式中，对不是以双曲正切函数自变量的形式出现在输出电压表达式中，对 u2取值只受限于受控恒流源。取值只受限于受控恒流源。 TE c U u thu R R 2 2 1 2 i 为了保证ic5、ic6始终大于零，u2的动态范围为 2 1 2 22 2 2 omo E o ET IUI R Rcu uu RU 4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器 p 常用的单片集成模拟乘法器 pMotorola公司公司MC1496/1596(国内同类型号是国内同类型号是XFC-1596)

25、, MC1495/1595(国内同类型号是国内同类型号是BG314)和和MC1494/1594 3.9 k UCC(12 V) Rc iAiB iC1iC2 V1V2V3V4 uo ux iC5 iC3iC4 iC6 V5V6 Ry V7 V8 500500 V9 500 uy 6.8 k MC1496 iR 2 0 I 2 0 I UEE(8 V) 3.9 k Rc 12 6 2 3 5 14 1 4 8 10 恒流源恒流源 在在 脚间接入负反馈脚间接入负反馈 电阻电阻Ry， ，ux小于 小于26 mV时时 yx Ty c o uu UR R u 加入负反馈电阻加入负反馈电阻Ry以后，以后，

26、uy 的动态范围可以扩大，但的动态范围可以扩大，但ux 的幅度大小仍受限制的幅度大小仍受限制。 Motorola公司公司MC1496/1596 4.2 4.2 调幅电路乘法器调幅电路乘法器 X通道两输入端、脚直流电通道两输入端、脚直流电 位为位为6V, 可作为载波输入通道可作为载波输入通道 Y通道两输入端、脚之间外接有调零电路通道两输入端、脚之间外接有调零电路, 可通过调节可通过调节50k电位器使脚电位比脚高电位器使脚电位比脚高UY, 调制信号调制信号u(t)与直流电压与直流电压UY迭加后输入迭加后输入Y通道通道 输出端、输出端、12脚外应接调脚外应接调 谐于载频的带通滤波器谐于载频的带通滤波

27、器 也可作为双边带调幅电路也可作为双边带调幅电路, 区别在于调节电区别在于调节电 位器的目的是：使位器的目的是：使Y通道、通道、 脚之间的脚之间的 直流电位差为零直流电位差为零, 即即Y通道输入信号仅为交通道输入信号仅为交 流调制信号流调制信号 4.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅 o 单个二极管调制单个二极管调制 二极管内部特性iD=f (uD) ui ED uD VD iD RL uo 0 iD UB uD gD rD 1 0 uD UB Q ui ED uDuo iD iD RL ui ED (a)(b)(c) ui ED uD VD iD RL uo 0 iD

28、UB uD gD rD 1 0 uD UB Q ui ED uDuo iD iD RL ui ED (a)(b)(c) UB ui RL SrD (a) k(it) 1 0 t (b) EB 二极管可看成一个受输入二极管可看成一个受输入 电压控制的开关，等效电路电压控制的开关，等效电路 4.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅 o开关调幅开关函数法开关调幅开关函数法 mcm VV 当vc正半周，导通 当vc负半周，截止 二极管受vc(t) 的控制,工作在开关状态。 V VC RL RD S(t) i )( 1 c LD vv Rr 0 0 c v 0 c v 4.2 4.2

29、 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅 VC S ( t ) t )(tS 0 cost c 0 cost c 1 0 ttttS ccc 5 5 2 3 3 22 2 1 coscoscos)( )()( )()( 1 vvtSg vvtS Rr i cD c LD 则 4.2 4.2 调幅电路二极管开关调幅调幅电路二极管开关调幅 tt V tt V tt V t V tVtV g tttVtVgi cc cm cc cm cc m c cm mccm D ccmccmD )cos()cos(coscos )cos()cos( )cos(coscos )coscos)(coscos(

30、 33 3 24 3 21 2 1 2 1 3 3 22 2 1 上式包含 (AM波)，没有包含 最有害的 项，其他成分易于滤除。 cc ，2 c 4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器(AM,DSB,SSB) 等效等效 p 二极管特性实际是指数曲线，所以实际单个二极管调制二极管特性实际是指数曲线，所以实际单个二极管调制 电路中电路中存在着非线性失真存在着非线性失真。为了减小失真，采用了平衡对。为了减小失真，采用了平衡对 消技术，将两个完全相同的单个二极管调制器电路组成平消技术，将两个完全相同的单个二极管调制器电路组成平 衡式二极管调制器。衡式二极管调制器。 4.2

31、4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器 vvv cD1 )(tSvgi DD11 vvv cD2 )(tSvgi DD22 )coscos(cos )( tttVg tSvgiii ccmD DL 3 3 22 2 1 2 2 21 ttV g ttV g tVg ccm D ccm D mD )3cos()3cos( 3 2 )cos()cos( 2 cos 经滤波，得到经滤波，得到 ttV g i ccm D L )cos()cos( 2 用于产生用于产生DSB波、波、SSB波波 4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器 例：二极管平衡调制器如图所

32、示，已知例：二极管平衡调制器如图所示，已知 (1)(1)写出写出vo(t) =? (2)若若vc与与v 位置互换，输出位置互换，输出vo(t) =? (3)(3)若将此电路产生若将此电路产生SSB信号，电路应如何变化信号，电路应如何变化? ? ),( 102cos 3 VtVv m )( 102cos 6 VtVv cmc , mcm VV )( 5 . 0 VVcm 4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器 )coscos(cos )(: )( tttVg tSvgi ccmD DL 3 3 22 2 1 2 21 解解 经滤波后，输出电压vo(t)为： (V) )1

33、02cos()102cos( 4 )( 63 ttRVg Ritv LmD Lo 是DSB信号 )(tSvgi DDD11 vvv cD2 cD vvv 1 : )2( )( 2 22 c DDD T tSvgi 4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器 ) 2 ()() 2 ()( 21 c D c cDDD T tStSvg T tStSvgiii tttVgtVgi ccmDccmD 3cos 3 4 cos 4 coscos ttttS ccc 5 5 2 3 3 22 2 1 coscoscos)( ttVRgtVRgRitv cmLDccmLDLo cosc

34、os 4 cos)( 经滤波 AM 信号 tttt T tS cccc c 3cos 3 2 cos 2 2 1 )33cos( 3 2 )cos( 2 2 1 ) 2 ( 4.2 4.2 调幅电路二极管平衡调幅器调幅电路二极管平衡调幅器 (3) (3) 通过滤波器产生通过滤波器产生SSB信号信号, ,滤波器要求：滤波器要求： KHzFfc1001 上截止频率： MHzfc1 下截止频率： KHzFfc51000 2 1 . 中心频率： KHzF1 带宽： 4.2 4.2 调幅电路环形调制器调幅电路环形调制器( (双平衡调制器）双平衡调制器） p为进一步提高调制器的质量、减少失真，可将两个完全

35、相 同的单平衡二极管调制器组合，再一次对消，构成双平衡二 极管调制器。 等效等效 4.2 4.2 调幅电路环形调制器调幅电路环形调制器( (双平衡调制器）双平衡调制器） 1L i )(tSvgiii DL 2 211 2L i )( 2 2 432 c DL T tSvgiii vvv cD3 vvv cD4 vvv cD1 vvv cD2 4.2 4.2 调幅电路环形调制器调幅电路环形调制器( (双平衡调制器）双平衡调制器） ttttS ccc 5 5 2 3 3 22 2 1 coscoscos)( )()( 2 2 21 c DLLL T tStSvgiii tt tt T tS cc

36、cc c 3 3 22 2 1 33 3 22 2 1 2 coscos )cos()cos()( ttVg ttvgi ccmD ccDL )cos()cos( coscos 4 3 3 44 2 输出输出DSB 4.3 4.3 包络检波包络检波 o 检波（解调）：检波（解调）：从已调波中提取，恢复调制信号 振幅检波器 us 0 t C uo 0 t kdUm0 (直流) kdmaUm0 cost (调制信号) uo kdUm0(1 ma cost)us Um0(1 ma cost)cosCt 0 Uo() kdUm0 kdmaUm0 0 Us() Um0 maUm0 C 2 maUm0 2

37、 CC (a)(b) 振幅检波振幅检波 (a)AM调幅波及其频谱；调幅波及其频谱； (b)检波输出波形及其频谱检波输出波形及其频谱 4.3 4.3 包络检波包络检波 o包络检波：包络检波： 要从AM调幅波中提取振幅变化的信息，可以首先将 AM调幅波变成单极性信号，之后再从单极性信号中 取出它的平均值或峰值。 1.1.包络检波包络检波 2.2.同步检波同步检波 检波检波 方式方式： 解调解调AM波波 解调解调AM, DSB, SSB波波 大信号峰值包络检波大信号峰值包络检波 小信号平方律检波小信号平方律检波 4.3 4.3 包络检波包络检波- -原理原理 o 大信号峰值包络检波器二极管峰值包络检

38、波器大信号峰值包络检波器二极管峰值包络检波器 将单极性信号通过电阻和电容组成的惰性网络，取出单极性信 号的峰值信息 输入信号振幅较大0.5V；二极管处于受控开关状态 p 二极管导通，二极管导通，信源信源us对对C充电，充电时常数充电，充电时常数 约等于约等于RDC ，RDC小，小，C充电快充电快 p 二极管截止，二极管截止，电容电容C通过电阻通过电阻RL放电，放电，RLC 大，大，C放电慢放电慢 p 对对 信号，信号， C 相当开路相当开路 p 对对 c信号，信号，C 相当短路相当短路 1 1 CRR C LL c LL c CRR C 11 通常通常RL510K 峰值包络检波器电路峰值包络检

39、波器电路 4.3 4.3 包络检波包络检波- -原理原理 峰值包络检波器电路峰值包络检波器电路 如果如果us是调幅波，则是调幅波，则u0随调幅波的包络线而变化，从而获随调幅波的包络线而变化，从而获 得调制信号，完成检波作用得调制信号，完成检波作用 如果如果us是高频等幅波，则是高频等幅波，则u0为直流电压；为直流电压； 4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路 o对检波器的要求对检波器的要求 电压传输系数（检波效率）电压传输系数（检波效率） 描述检波器将高频调幅波转换为低频描述检波器将高频调幅波转换为低频 电压的能力。电压的能力。 v输出低频电压振幅与输入高输出低频电压振幅与输入高 频电压包络

40、线的振幅之比，频电压包络线的振幅之比， 实际上是输出平均电压实际上是输出平均电压V0与与 输入载波电压振幅之比输入载波电压振幅之比 imima m d V V Vm V K 0 越大越好越大越好 d K 4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路 q检波效率（电压传输系数）检波效率（电压传输系数）Kd 二极管导通与否, 不仅与输入电压us有关, 还取决于输出电压uo, 即输出信号有反馈 作用； 充放电过程交替中，除起始几个周期外, 二极管导通时间均在输入高频振荡信号 的峰值附近, 且时间很短, 或者说, 其导通 角很小 ； 导通角越小, uo曲线与us的包络线越接近。 若趋近于0, 则uo曲线就

41、几乎完全反映了 us的包络线即调制信号波形, 此时检波效 率最高, 失真最小 峰值包络检波器电路峰值包络检波器电路 4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路 导通角导通角 由二极管的电导由二极管的电导gD和电阻和电阻RL确定，确定，增大负载电阻增大负载电阻 可提高检波器的检波效率可提高检波器的检波效率 3 3 6 LDR g 时，当 二极管峰值包络检波器的电压传输系数二极管峰值包络检波器的电压传输系数Kd近似等于近似等于cos 。导。导 通角通角 越小，电压传输系数越高。越小，电压传输系数越高。 4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路 中频 放大器 ui Zin 振幅 检波器 uo 中频调谐

42、回 路 fsfi 输入阻抗输入阻抗 检波器前级是中频放大器，检波器前级是中频放大器，检波器的输入阻抗就是中频放大检波器的输入阻抗就是中频放大 器的负载器的负载，直接影响中频放大器的性能。检波器输入阻抗中的，直接影响中频放大器的性能。检波器输入阻抗中的 电抗分量可以归入中频放大器的中频谐振回路，作为回路的一电抗分量可以归入中频放大器的中频谐振回路，作为回路的一 部分考虑；输入电阻分量直接影响中频谐振回路的品质因数和部分考虑；输入电阻分量直接影响中频谐振回路的品质因数和 放大器负载的轻重。放大器负载的轻重。输入电阻输入电阻越大越大，谐振回路谐振回路品质因数越大品质因数越大， 带宽越窄，放大器负载越

43、轻；带宽越窄，放大器负载越轻； 检波器与中频放大器的级联检波器与中频放大器的级联 4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路 o 输入阻抗输入阻抗 iiin jXRZ p 检波电容检波电容C很大，对高频呈现的阻抗近似为零，所以很大，对高频呈现的阻抗近似为零，所以 Xi很小很小 m imim i I V I V R )( 11 d Lm d o im K RI K V V 0 ：根据电压传输系数可得 dm Lm i KI RI R 1 0 d L i K R R 2 增大负载电阻可提高检波器输入电阻增大负载电阻可提高检波器输入电阻Ri 尖顶余弦脉冲序列的分析方法, 在导通角很小的时候， 2 1 1

44、 0 4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路 o 检波失真检波失真 检波特性的非线性引起的失真检波特性的非线性引起的失真 v检波器输入为一等幅高频正弦波时，检波器输入为一等幅高频正弦波时， 输出为直流电压。输出直流电压幅输出为直流电压。输出直流电压幅 度度Vo与输入高频电压幅度与输入高频电压幅度Vim之间之间 的关系叫的关系叫检波特性检波特性。 v由于二极管的伏安特性是指数曲线，由于二极管的伏安特性是指数曲线， 二极管的内阻二极管的内阻RD随二极管两端的电随二极管两端的电 压压uD的增加而减小，因此输出电压的增加而减小，因此输出电压 uo就会随就会随RD的减小而增加，检波特的减小而增加，检波

45、特 性就会随输入电压幅度性就会随输入电压幅度Vim的增加的增加 而向上翘而向上翘 电阻电阻RL应选取足够大，以减小检波特性非线性引起的失真应选取足够大，以减小检波特性非线性引起的失真 Uo 0Usm R kd1 二极管检波特性Vim V0 4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路 o例：检波电路如图所示例：检波电路如图所示 , cos)cos1 (ttmVv csms V 5 . 0 sm V 画出画出RC两端，两端，Rg两端，两端，Cg两端，二极管两端的电两端，二极管两端的电 压波形压波形。 4.3 4.3 包络检波电路包络检波电路 解解 二极管在二极管在vs负半周导通，因此检波应是调幅波负

46、半周导通，因此检波应是调幅波vs 的下包络的下包络。 scD vvv scD vvv 横坐标上，为二极 管导通后的结果， 为一脉冲序列 4.3 4.3 包络检波包络检波 o惰性失真惰性失真(Failure-Follow Distortion) 从充放电的观点来看，增大RL和C 值，可以提高 检波效率和滤波能力。 但但RL、C 过大，二极管放电速度跟不上调幅波过大，二极管放电速度跟不上调幅波 包络的下降速度，输出电压就会产生失真包络的下降速度，输出电压就会产生失真。通通 常将这种失真称为惰性失真。常将这种失真称为惰性失真。 4.3 4.3 包络检波包络检波 ttmVtv caimS cos)co

47、s1 ()( 4.3 4.3 包络检波包络检波 o 为了避免产生惰性失真，为了避免产生惰性失真，C 通过通过RL放电速度必须大于或等于包络的下放电速度必须大于或等于包络的下 降速度。降速度。 1 1 1 tt o tt im t v t tv A )( 11 )( tt im tt o t tv t v )cos()(tmVtv aimim 1 1 1 tVm t tv ima tt im sin )( p C 通过通过RL放电规律放电规律 CR tt oto L eVv 1 1 在Kd1的条件下， t1时刻电容两端的电压 t1时刻以后二极管截止，电容放电 )cos()( 11 1 1 tmV

48、tvV aimimot 4.3 4.3 包络检波包络检波 1 1 1 1 1 tt CR tt L ot tt o L e CR V t v CR tmV L aim )cos( 1 1 1 1 tt o tt im t v t tv A )( 1 1 1 1 cos sin tm tm CR a a L q 保证A取最大值时满足 A1 q 取取A对对t1时刻的导数，并令其为零，可知当时刻的导数，并令其为零，可知当cos t=-ma 时，时，A取最大值。取最大值。 q得单音调制时不产生惰性失真的充要条件：得单音调制时不产生惰性失真的充要条件： a a L m m CR 2 1 或ma大,则包络

49、线变化快， RLC大，则放电慢，都可能发生惰性失真 负峰切割失真（割底失真）负峰切割失真（割底失真） 检波器输出 与下级放大器连接时，常采用下图所示电路。 为有效地将检波后的低频信号耦合到下一级电路, 要求耦合电容CC的容抗 远远小于RL, 所以CC值很大 vo(t)中的直流分量Vo几乎都落在CC上, 当检波系数Kd1时，这个直流分量 的大小近似为输入载波的振幅Vim。所以CC等效为一个电压为Vim的直流电压 源。 此电压源在R上的分压为： 4.3 4.3 包络检波包络检波 ui(t) 0 Uim Uim(1 Ma) UR Uim(1 Macos t) uL(t) 0 t t (c) (b)

50、ui(t) uo(t) C R Cc RL uL(t) (a) tVVtv moo cos)( im L R V RR R V CC隔直电容，避免vo(t) 中的直流 分量影响下级放大器的静态工作 点。RL为下一级输入阻抗 4.3 4.3 包络检波包络检波 o 检波器处于稳定工作时, 其输出端R上将存在一个固定电压VR。当输 入调幅波vi(t)的值小于VR时, 二极管将会截止。 o 电平小于VR的包络线不能被提取出来, 出现了失真。 o 这种失真出现在调制信号的底部, 故称为底部切割失真 im L aim V RR R mV )(1 L L a RR R m ui(t) 0 Uim Uim(1

51、 Ma) UR Uim(1 Macos t) uL(t) 0 t t (c) (b) ui(t) uo(t) C R Cc RL uL(t) (a) R U 4.3 4.3 包络检波包络检波 ui(t) 0 Uim Uim(1 Ma) UR Uim(1 Macos t) uL(t) 0 t t (c) (b) ui(t) uo(t) C R Cc RL uL(t) (a) RjZ L )( 0)(/)(0jZ RR RR RRjZ L L L LL )( )( 0jZ jZ RR R m L L L L a ma过大，也容易发生割底失真过大，也容易发生割底失真 为了避免出现负峰切割失真，在设计

52、检波器时应为了避免出现负峰切割失真，在设计检波器时应 尽量使检波器的尽量使检波器的交流负载阻抗接近于直流负载阻抗交流负载阻抗接近于直流负载阻抗 4.3 4.3 包络检波包络检波 o在实际电路中，可以采取各种措施来减少交、直 流阻抗值的差别。 s v 0 v C C C 1L R L R 2L R LLLL RRRZ /)( 21 交： 21 )0( LLL RRZ直： RL2相对越小，交直流负载的差别就越小； 但由于RL1和RL2的分压作用，输出的低频电压也减小； 通常，两者比值在0.10.2。 4.3 4.3 包络检波包络检波 o 例例:已知普通调幅信号载频fc=465kHz, 调制信号频率

53、范围为300 Hz 3400 Hz, ma=0.3, RL=10 k, 如何确定下图所示二极管峰值包络检波器 有关元器件参数。 1) 检波二极管通常选正向电阻小 (500 以下)、 反向电阻大 (500k以上)、结电容小的点接触 型锗二极管, 注意最高工作频率应 满足要求。 2) 电容C对载频信号应近似短路,故应有 通常取 , 1 , 1 cc RCR C 或 c RC 105 3) 为避免惰性失真，应有 ，代入已知条 件可得 (1.73.4)10-6 RC 0.1510-3 max 2 1 a a m m RC 4.3 4.3 包络检波包络检波 4) 设 ， 则 。为避免底部切割失真, 应有

54、 ma R/R , 其中R=R1+R2RL/(R2+RL)。代入已知条件, 可得R 63 k。 2 . 0 2 1 R R 6 5 , 6 21 R R R R 5) 因为检波器的输入电阻Ri不应太小, 而Ri=R/2, 所以R不能太小。取 R=6k, 另取C=0.01F, 这样, RC=0.0610-3, 满足第一步对时间常数的 要求。因此, R1=1k, R2=5k。 6) Cc的取值应使低频调制信号能有效地耦合到RL上, 即满足: L C R C min 1 min 1 L c R C 则取 Cc=47F 4.44.4同步检波（相干检波）同步检波（相干检波）（Synchronous De

55、tector） o主要用来解调双边带和单边带调幅主要用来解调双边带和单边带调幅 (DSB、SSB) 有两种实现电路：有两种实现电路： 乘积型乘积型 叠加型叠加型 4.4 4.4 同步检波同步检波 o乘积检波电路乘积检波电路 低通滤波器低通滤波器 s v r v v o v )cos(cos coscos ttVV ttVVvvv cimrm cimrmsr 21 2 1 2 tVKVv imrmo cos 2 1 经低通滤波器： ）（DSBttVv cims coscos. 1 )()cos(.SSBtVv cims 2 tVKVv imrmo cos 2 1 经低通滤波： ttVV ttVVvvv crmim ccrmimrs )cos(cos cos)cos( 2 2 1 本地恢复载波本地恢复载波vr必须与输入信号保持严格同步：同频同相必须与输入信号保持严格同步：同频同相 4.4 4.4 同步检波同步检波 u1 R1 51 FX1596 R251