第六章振幅调制与解调(已排)

1、非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件非线性电路具有频率变换的功能，即通过非线性器件相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。相乘的作用产生与输入信号波形的频谱不同的信号。当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号当频率变换前后，信号的频谱结构不变，只是将信号频谱无失真的在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，频谱无失真的在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示具有这种特性的电路称之为频谱搬移电路。如下图所示非线性器 件主振带通f0, 2Fmax调制信号f0ff0fmaxf02f0ff0f(a) 调幅原理调幅原理中放来非线性器 件低通

2、Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f(b) 检波原理检波原理2) 从频谱结构看，上述频率从频谱结构看，上述频率变换电路都只是对输入信号变换电路都只是对输入信号频谱实行横向搬移而不改变频谱实行横向搬移而不改变原来的谱结构，因而都属于原来的谱结构，因而都属于所谓的线性频率变换。所谓的线性频率变换。1) 它们的实现框图几乎是它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线性相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实行器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频率变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率分成分后，滤除无用频率分量。量。3) 频谱的横向平移从时域频谱的横向平移从时域角度看相当于

3、输入信号与角度看相当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，一个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信而平移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以号的频率决定，它们可以用乘法电路实现。用乘法电路实现。非线性器 件本振带通fi, 2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffiffif(c) 混频原理混频原理6.2.1概述概述调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡调制是将要传送的信息装载到某一高频振荡(载频载频)信信号上去的过程。号上去的过程。按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波按照所采用的载波波形区分，调制可分为连续波(正正弦波弦波)调制和脉冲调制。调制和脉冲调制。连续波调制以单频正弦波

4、为载波，可用数学式表示，连续波调制以单频正弦波为载波，可用数学式表示，受控参数可以是载波的幅度受控参数可以是载波的幅度A，频率，频率 或相位或相位 。因而有调。因而有调幅幅(AM)、调频、调频(FM)和调相和调相(PM)三种方式。三种方式。脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲脉冲调制以矩形脉冲为载波，受控参数可以是脉冲高度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位置。相应地，高度、脉冲重复频率、脉冲宽度或脉冲位置。相应地，就有脉冲调幅就有脉冲调幅(PAM，包括脉冲编码调制，包括脉冲编码调制PCM)，脉冲调，脉冲调频频(PFM)，脉冲调宽，脉冲调宽(PWM)和脉冲调位和脉冲调位(PPM)。本课程只

5、研究各种正弦调制方法性能和电路。本课程只研究各种正弦调制方法性能和电路。设设 简谐调制信号简谐调制信号 载波信号载波信号 tcosV) t (vtcosV) t (o00v1. 调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式 称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之称为调幅指数即调幅度，是调幅波的主要参数之一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一一，它表示载波电压振幅受调制信号控制后改变的程度。一般般0ma1。 odaVVKm通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么通常调制要传送的信号波形是比较复杂的，但无论多么复杂的信号都可用傅氏级数分解为若干正弦信号之和。为了复杂的信号都可用傅

6、氏级数分解为若干正弦信号之和。为了分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。分析方便起见，我们一般把调制信号看成一简谐信号。则则 调幅信号为调幅信号为tcostcosVKVtVdo0tcostcosVVKVodo01tcostcosmVao012. 普通调幅波的波形图普通调幅波的波形图当载波频率当载波频率 调制信号频率调制信号频率 ，0ma1，则可画出，则可画出和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个和已调幅波形分别如下图所示。从图中可看出调幅波是一个载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡载波振幅按照调制信号的大小线性变化的高频振荡，其振荡频率保持载波频率不变。

7、频率保持载波频率不变。oominooomaxominmaxaVVVVVVV)VV(21m 当时当时ma 1时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。时，调幅达到最大值，称为百分之百调幅。若若ma 1，AM信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调信号波形某一段时间振幅为将为零，称为过调制。制。 V v o t (a) mav0 Vmax v(t) V0 Vmin t o (c) V0 V0 o (b) tov(a) 调制信号调制信号v oVm axt(b)已已调调波波形形由非正弦波调制所得到的调幅波形由非正弦波调制所得到的调幅波形v(t)ot过调制波形图过调制波形图若调制信号为非对称信号，如图所示，

8、若调制信号为非对称信号，如图所示，则此时调幅度分与上调幅度则此时调幅度分与上调幅度m ma a上上和下调幅度和下调幅度m ma a下下 omin0aoomaxaVVVmVVVm下上若1ma3. 调幅信号的频谱及带宽调幅信号的频谱及带宽将调幅波的数学表达式展开，可得到将调幅波的数学表达式展开，可得到tcos) tcosm1 (V) t (oaovt )cos(Vm21t )cos(Vm21tcosVooaooaoo max 0 0max 0+max 非正弦波调幅信号的频谱图非正弦波调幅信号的频谱图由图看出调幅过程实际上是由图看出调幅过程实际上是一种频谱搬移过程，即将调一种频谱搬移过程，即将调制信

9、号的频谱搬移到载波附制信号的频谱搬移到载波附近，成为对称排列在载波频近，成为对称排列在载波频率两侧的上、下边频，幅度率两侧的上、下边频，幅度均等于均等于oaVm21对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据对于单音信号调制已调幅波，从频谱图上可知其占据的频带宽度的频带宽度B=2 或或B=2F ( =2 F)，对于多音频的调制信，对于多音频的调制信号，若其频率范围是号，若其频率范围是Fmin-Fmax，则已调信号的频带宽度等，则已调信号的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍于调制信号最高频率的两倍 。调制信号频率变化对输出波形的影响调制信号频率变化对输出波形的影响)HZ)(2(2F2Bmaxm

10、axAM4. 普通调幅波的功率关系普通调幅波的功率关系将将 作用在负载电阻作用在负载电阻R R上上tcos) tcosm1 (Voao) t (v载波功率载波功率RV21P2ooT每个边频功率每个边频功率( (上边频或下边频上边频或下边频) )2212111224aoSBSBaoTm VPPm PR在调幅信号一周期内，在调幅信号一周期内，AM信号的平均输出功率是信号的平均输出功率是oT2aDSBoTAMP)m211 (PPP因为因为ma1，所以边频功率之和最多占总输出功率的，所以边频功率之和最多占总输出功率的1/3。 调幅波中至少有调幅波中至少有2/3的功率不含信息，从有效地利用的功率不含信息

11、，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。6.2.3抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波抑制载波的双边带调幅波与单边带调幅波1. 抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波 为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用为了克服普通调幅波效率低的缺点，提高设备的功率利用率，可以不发送载波，而只发送边带信号。率，可以不发送载波，而只发送边带信号。 这就是抑制载波的双边带调幅波这就是抑制载波的双边带调幅波(DSB AM)其数学表达式为其数学表达式为t )cos(Vm21t )cos(Vm21) t (VooaooaDSBtcostcosV)

12、 t (VooDSB 其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两其所占据的频带宽度仍为调制信号频谱中最高频率的两倍，即倍，即maxDSBF2B2. 单边带调幅波单边带调幅波 上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也上边频与下边频的频谱分量对称含有相同的信息。也可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信可以只发送单个边带信号，称之为单边带通信(SSB)。t )cos(Vm21) t (Vooat )cos(Vm21) t (Vooa其表达式为：其表达式为： 或或maxSSBFB其频带宽度为：其频带宽度为：电压电压表达式表达式普通调幅波普通调幅波tcos) tcosm1 (V0a0载波被

13、抑制双边带调幅波载波被抑制双边带调幅波tcostcosVm00a单边带信号单边带信号t )cos(V2m00a00(cos() )2amVt或波形图波形图频谱图频谱图0-0+m0aVm210-0+m0aVm21信号信号带宽带宽)2(2)2(2()20-0+表表6-1 三种振幅调制信号三种振幅调制信号3. 残留边带调幅残留边带调幅0.75MHz6MHz1.25MHz6.25MHzfcf0.75MHz中频6.25MHzf0.75MHz50%(a) 广播电视台系统发端滤波器特性广播电视台系统发端滤波器特性 (b) 电视接收系统中频滤波器特性电视接收系统中频滤波器特性残留边带调幅残留边带调幅(记为记为

14、VSB AM)它在发射端发送一个完整的它在发射端发送一个完整的边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。边带信号、载波信号和另一个部分被抑制的边带信号。这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤这样它既保留了单边带调幅节省频带的优点，且具有滤波器易于实现、解调电路简单的特点。波器易于实现、解调电路简单的特点。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。在广播电视系统中图象信号就是采用残留边带调幅。调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，调幅波的共同之处都是在调幅前后产生了新的频率分量，也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。也就是说都需要用非线性器件来完成频率变换。带

15、通v AM(t)ov(t)V0(t)(a) 普通调幅波实现框图普通调幅波实现框图 v(t)vDSB(t)vo(t)(b) 抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波v(t)v DSB(t)带通v SSB(t)v o(t) 0+或0(c) 单边带调幅波实现框图单边带调幅波实现框图原理框图如下：原理框图如下：6.3.1概述概述高电平调幅电路高电平调幅电路一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情一般置于发射机的最后一级，是在功率电平较高的情况下进行调制。况下进行调制。低电平调幅电路低电平调幅电路一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已一般置于发射机的前级，再由线性功率放大器放大已调幅信

16、号，得到所要求功率的调幅波。调幅信号，得到所要求功率的调幅波。按调制电路输出功率的高低可分为：按调制电路输出功率的高低可分为：1. 简单的二极管调幅电路简单的二极管调幅电路+CLR+vov+vo+vDi二极管调幅电路二极管调幅电路调制信号和载波信号相加后，调制信号和载波信号相加后，通过二极管非线性特性的变换，在通过二极管非线性特性的变换，在电流电流i中产生了各种组合频率分量，中产生了各种组合频率分量，将谐振回路调谐于将谐振回路调谐于0，便能取出组合频率的成分，这便是普通，便能取出组合频率的成分，这便是普通调幅波。调幅波。(1) 平方律调幅平方律调幅二极管信号较小时的工作状态二极管信号较小时的工

17、作状态3D32D2D10vavavaaitcosVtcosVc000Dvvv当当vD很小时，级数可只取前四项很小时，级数可只取前四项经分类整理可知：经分类整理可知： 是我们所需要的上、是我们所需要的上、下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方下边频。这对边频是由平方项产生的，故称为平方律调幅。其中最为有害的分量是律调幅。其中最为有害的分量是 项。项。020由于二极管不容易得到较理想的平方特性，由于二极管不容易得到较理想的平方特性，因而调制效率低因而调制效率低,无用成分多，目前较少采用平方无用成分多，目前较少采用平方律调幅器。律调幅器。 ( 2).( 2).平衡调幅器平衡调幅器 平衡调制是由

18、两个简单的二极管调幅电路对称连接组成。平衡调制是由两个简单的二极管调幅电路对称连接组成。载波成分由于对称而被抵消，在输出中不再出现，因而平衡调载波成分由于对称而被抵消，在输出中不再出现，因而平衡调制器是产生制器是产生DSBDSB和和SSBSSB信号的基本电路。信号的基本电路。+D1Tr11:12+vv+vD2+D2Tr3Tr221:1voviLi1i2vD1i1i2+vvRDD2RD2RL2RLvo 单管调幅器频谱中所含的直流分量、载波分量以及载波的各单管调幅器频谱中所含的直流分量、载波分量以及载波的各次谐波分量，在平衡调制器里都被抑制掉了。次谐波分量，在平衡调制器里都被抑制掉了。平衡调制器原

19、理图及其等效电路平衡调制器原理图及其等效电路 (2)普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅波在调制普通调幅波的高频振荡是连续的，可是双边带调幅波在调制信号极性变化时，它的高频振荡的相位要发生信号极性变化时，它的高频振荡的相位要发生180 的突变，这是的突变，这是因为双边带波是由因为双边带波是由v0和和v 相乘而产生的。相乘而产生的。（1）它虽然是调幅波，但因失去了载波，因而包络不能完全反）它虽然是调幅波，但因失去了载波，因而包络不能完全反映调制信号变化的规律，这就给以后的解调工作带来困难；映调制信号变化的规律，这就给以后的解调工作带来困难； 平衡调制器的重要优点就是有效地抑制了载波，其条

20、件是平衡调制器的重要优点就是有效地抑制了载波，其条件是Tr1和和Tr2对中心抽头来说必须严格对称，对中心抽头来说必须严格对称，D1，D2两管的特性完全相两管的特性完全相同。实际上，这是很难做到的。如果电路稍有不平衡，载波电压同。实际上，这是很难做到的。如果电路稍有不平衡，载波电压就会泄漏到输出端。就会泄漏到输出端。抑制载波的双边带信号波形如图所示，它有两个重要的特点：抑制载波的双边带信号波形如图所示，它有两个重要的特点：tvo平衡调制器输出的电压波形平衡调制器输出的电压波形平衡开关调幅器平衡开关调幅器 在大信号情况应运时，依靠二极管的导通和截止来实现频在大信号情况应运时，依靠二极管的导通和截止

21、来实现频率变换，这时二极管就相当于一个开关。率变换，这时二极管就相当于一个开关。 满足满足 的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。的条件时，二极管的通、断由载波电压决定。 VV0输出调幅波有用电流分量输出调幅波有用电流分量tvo平衡调制器输出的电压波形平衡调制器输出的电压波形tsctcoVgiD00s20(3) (3) 环形调制器环形调制器在平衡调制器的基础上，再增加在平衡调制器的基础上，再增加两个二极管，使电路中两个二极管，使电路中4 4个二极管首尾个二极管首尾相接构成环形，这就是环形调制器。相接构成环形，这就是环形调制器。D1Tr1Tr2iLD4D321:1v021:1v RLvv +v

22、0+v +D2环行调制器原理图环行调制器原理图 D1 Tr1 Tr2 i1 21:1 v0 21:1 RL + v + + D2 v i2 iL1 Tr1 Tr2 i3 21:1 v0 21:1 RL + v + + v i4 iL1 iLK D4 D3 (b) (a) 环型调制器等效电路环型调制器等效电路 从其正负半周期的原理图从其正负半周期的原理图可知环形调制器输出电流可知环形调制器输出电流的有用分量的有用分量= gDVcos(0+)t+cos(0)t0i4 振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频振幅比平衡调制器提高了一倍，并抑制了低频 分量，分量，因而获得了广泛应用。因而获得了广泛应用

23、。调节直流电压VDC的大小，可以改变调幅系数ma的值。) t () t (k) t (210vvv0000001( )coscoscos()cos( -) 2tkVVttkVVtt v)(tV) t (V0) tcosVV( tcoskV) t (DC000vtVkVtVkVtVkVmDC)cos(21)cos(21cos000000模拟相乘器的输出电压与输入电压的关系为模拟相乘器的输出电压与输入电压的关系为如果如果v v1 1(t)(t)为高频载波为高频载波，v v2 2(t)(t)为低频调制信号为低频调制信号则输出电压则输出电压如果在调制信号如果在调制信号v v2 2(t)(t)上叠加一直

24、流电压，则可以得到普通调幅信号的输出上叠加一直流电压，则可以得到普通调幅信号的输出抑制载波的双边带调幅信号。抑制载波的双边带调幅信号。3. 模拟相乘器调幅电路模拟相乘器调幅电路 (1) 普通调幅电路普通调幅电路+15V10k5.1kvovcvxosv48912BG314C带通滤波器V+voutL) t (v 叠加在调制信号叠加在调制信号 上的直流电压上的直流电压V V0 0是通过电源电压是通过电源电压(+15V)(+15V)和和电阻电阻(10k(10k ) )、可变电阻、可变电阻(5.1k(5.1k ) )获得的。调节可变电阻即可改变获得的。调节可变电阻即可改变m ma a值，应使值，应使m

25、ma a1 max，上、下边带之间的距离很近，要想通过，上、下边带之间的距离很近，要想通过一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。一个边带而滤除另一个边带，就对滤波器提出了严格的要求。为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频为什么实际中使用的单边带滤波器不是在高频段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进段直接进行滤波，而是先在低频进行滤波，然后进行频率搬移？行频率搬移？问题：问题： F BM1 音频 1 BM2 2 BM3 3 强放 f2+f1+F f1F f1+F f2(f1+F) f3(f2+f1+F) OSC1 OSC2 OSC3 f1 f0+F f1+f2+f3+F=

26、f0+F f2 f3 实际滤波器法单边带发射机方框图实际滤波器法单边带发射机方框图(2) 相移法相移法相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示相移法是利用移相的方法，消去不需要的边带。如图所示 调制信号 V0sint 调制信号 90移相网络 载波 90 移相网络 平 衡 调幅器 A 平 衡 调幅器 B V0cos0t v 2=Vcostcos0t V0sin0t V1=Vsintsin0t 合 并 网 络 v3 单边带 输 出 载 波 振荡器 V0cost 相移法单边带调制器方框图相移法单边带调制器方框图 图中两个平衡调幅器的调图中两个平衡调幅器的调制信号电压和载波电压都是制信号电压

27、和载波电压都是互相移相互相移相90。)tcos()tVcos(0021 sinsin01ttVv)cos()cos(21 coscos0002ttVttVv因此，输出电压为因此，输出电压为t )cos(KV)(K0213vvv这种方法原则上能把相距很近的两个边频带这种方法原则上能把相距很近的两个边频带分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波器。分开，而不需要多次重复调制和复杂的滤波器。但这种方法要求调制信号的移相网络和载但这种方法要求调制信号的移相网络和载波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地波的移相网络在整个频带范围内，都要准确地移相移相90。这一点在实际上是很难做到的。这一点在实际上是很难

28、做到的。(3) 修正的移相滤波法修正的移相滤波法 BM1 v1= vv 低通 滤波器 BM3 90移相 网络 v=cos1t BM2 低通 滤波器 BM4 v2= vv v=sin1t 音频 振荡器 BM-平衡调幅器 音频输入 V(t)=sint 90移相 网络 v0=cos2t v0=sin2t 载波 振荡器 合并 网络 v3v4 SSB输出 v1=sint sin1t v1=cos(1)t v3= v0v2 =sin2t cos(1-)t v2=sint cos1t v2=sin(1)t v4=v0 v2=cos2t sin(1)t 这种方法所需要的这种方法所需要的90移相网络工作于固定频

29、率移相网络工作于固定频率 1与与 2，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便，因此制造和维护都比较简单。它特别适用于小型轻便设备，是一种有发展前途的方法。设备，是一种有发展前途的方法。高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性高电平调幅电路需要兼顾输出功率、效率和调制线性的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。的要求。最常用的方法是对功放的供电电压进行调制。根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电根据调制信号控制方式的不同，对晶体管而言，高电平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。平调幅又可分为基极调幅和集电极调幅。1. 集电极调幅电路集电极调幅电路 vb(t) + +

30、VcT + VBB + Vc(t) + vCE vBE + L C vc v + 集电极调幅电路集电极调幅电路调制信号调制信号 经低频变经低频变压器加在集电极上，并与直流压器加在集电极上，并与直流电源电压电源电压VcT相串馈。相串馈。高频载波高频载波v0(t)=v0cos经高频变压器经高频变压器加在基极回路中。加在基极回路中。tcosvvoebtVBvItebo(a) 基 极 电 压oVcVcttVcVcvc(b) 集 电 极 电 源 电 压 VCootiootIcic(c) 集 电 极 电 流 icictoto(d) 回路电压 vc(或电流 ik)toecVcTtoec(e) 集电极一发射极

31、之间的电位差vcvcoiBtoiBt(f) 基 极 电 流 iB集电极调幅电路波形图集电极调幅电路波形图集集电电极极调调幅幅应应工工作作在在过过压压区区集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：集电极调幅在调制信号一周期内的各平均功率为：1) 集电极有效电源电压集电极有效电源电压Vc(t)供给被调放大器的总平均功率供给被调放大器的总平均功率)m211(PP2aTav2) 集电极直流电源集电极直流电源VcT所供给的平均功率则为所供给的平均功率则为COTCTTIVPP3) 调制信号源调制信号源Vc 供给的平均功率供给的平均功率COTCT2aavcIV2mPPP4) 平均输出功率平均输出功率)m2

32、11 (PP2aT0oav5) 集电极平均耗散功率集电极平均耗散功率2c211aCTavmPP6) 集电极效率集电极效率T2aT2aoTavoavav)2m1 (P)2m1 (PPP故：故：2) 总输入功率分别由总输入功率分别由VCT与与VC 所供给，所供给，VCT供给用以产供给用以产 生载波功率的直流功率生载波功率的直流功率P=T，VC 则供给用以产生边则供给用以产生边 带功率的平均功率带功率的平均功率PDSB。1) 平均功率均为载波点各功率的平均功率均为载波点各功率的( )( )倍倍2am2113) 集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的集电极平均耗散功率等于载波点耗散功率的( )倍，倍，

33、 应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使应根据这一平均耗散功率来选择晶体管，以使PCMPcav。2am2114) 输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功输出的边频功率由调制器供给的功率转换得到，大功 率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。率集电极调幅就需要大功率的调制信号电源。5) 集电极调幅为等效率、等电压利用系数调幅。集电极调幅为等效率、等电压利用系数调幅。2. 基极调幅电路基极调幅电路 C vb(t) Vcc + L + VBT vb + + + VB(t) Vcc vc(t) 基极调幅电路基极调幅电路与集电极调幅电与集电极调幅电路同样的分析，可以路同样的分析，可以认为认为V

34、B(t)=VBT+v (t)是放大器的基极等效是放大器的基极等效低频供电电源。低频供电电源。因为因为VB(t)随调制信号随调制信号v (t)变化，如果要求放大器的输变化，如果要求放大器的输出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随出电压也随调制信号变化，则应使输出电压随VB(t)变化。变化。放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流放大器应工作在欠压区，保证输出回路中的基波电流Ic1m、输出电压、输出电压Vc(t)按基极供电电压按基极供电电压VBT(t)变化，从而实现变化，从而实现输出电压随调制电压变化的调幅。输出电压随调制电压变化的调幅。6.4.1概述概述振幅解调振幅解调(又称检波又称检波

35、)是振幅调制的逆过程。它的作用是是振幅调制的逆过程。它的作用是从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从已调制的高频振荡中恢复出原来的调制信号。从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从载波频率附近搬移到零频率附近真地从载波频率附近搬移到零频率附近,因此，检波器也属于因此，检波器也属于频谱搬移电路。频谱搬移电路。中放来非线性器 件低通 Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f 输入电压为输入电压为v1，输出电压为，输出电压为v2，则检波前后的波形如图所示，则检波前后的波形如图所示，输出电压输出电压v2是已恢复的原调制信

36、号。是已恢复的原调制信号。检波器v1v2vittt输入高频等幅波则输出是直流电压输入信号是调幅波输出为原调制信号输入脉冲调制波输出为脉冲信号vottt检波前后的波形图检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，检波器的组成应包括三部分，高频已调信号源，非线性器件，RCRC低通滤波器。其组成原理框图如下图所示，它适于解调普低通滤波器。其组成原理框图如下图所示，它适于解调普通调幅波。通调幅波。 解调输出 载波信号 v0(t)=cos0t v(t) 调幅信号 vs(t) 低 通 滤波器 包络检波包络检波同步检波同步检波检波器分类检波器分类: :平方率检波平方率检波峰值包络检波峰值包络检波平

37、均包络检波平均包络检波 串联式二极管（大信号）包络检波器如图串联式二极管（大信号）包络检波器如图(a)(a)所示。图中的所示。图中的R RL L、C C为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求为二极管检波器的负载，同时也起低通滤波器作用。一般要求检波器的输入信号大于检波器的输入信号大于0.5V0.5V，所以称为大信号检波器。，所以称为大信号检波器。 二极管（大信号）峰值包络检波器二极管（大信号）峰值包络检波器C+vRL+充电放电(a)iDviC+vRL(b)vcvi+ RLC电路：电路：二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制信二是作为检波器的负载，在其两端输出已恢复的调制

38、信号号一是起高频滤波作用。一是起高频滤波作用。故必须满足故必须满足LoRc1LmaxRC1及及 1. 工作原理工作原理 串联型二极管包络检波器的物理过程如图所示。串联型二极管包络检波器的物理过程如图所示。 大信号的检波的原理大信号的检波的原理: :主要是利用二极管的单向导电特性和主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载检波负载RCRC的充放电过程来完成调制信号的提取。的充放电过程来完成调制信号的提取。 o vi t vc t1 t2 C + + v RL + + 充电 放电 i D vi vc Cc cosicvv coscoscos cos)cos1 (cosiaiaiicVmVtmVvv若

39、输入信号为等幅波时则电容若输入信号为等幅波时则电容C上的输出电压为上的输出电压为若输入信号为调幅波时则电容若输入信号为调幅波时则电容C上的输出电压为上的输出电压为coscos iaVmv若输入信号为调幅波时则输出电压为若输入信号为调幅波时则输出电压为输出电压振幅为输出电压振幅为cos iaVmV2. 包络检波器的质量指标包络检波器的质量指标1)电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)iadVmVK 输入调幅波包络振幅输入调幅波包络振幅 检波器的音频输出电压检波器的音频输出电压另外：另外： cosKd -电流通角电流通角3dRR3R -检波器负载电阻检波器负载电阻Rd -检波器二极管内阻检波

40、器二极管内阻当当RRd时，时，0，cos1。即检波效率。即检波效率Kd接近接近于于1，这是包络检波的主要优点。，这是包络检波的主要优点。2)等效输入电阻等效输入电阻RidVim - 输入高频电压的振幅输入高频电压的振幅Iim - 输入高频电流的的基波振幅输入高频电流的的基波振幅 由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值降值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。dimdimimimidKRRVKVIVR2/22/RRid 即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。即大信号二极管的输

41、入电阻约等于负载电阻的一半。通常通常1Kd因此因此0ddimI2) t(d1) t(tdcos1Iii负载负载R R两端的平均电压为两端的平均电压为K Kd dV Vimim，因此平均电流，因此平均电流 R/VKIimd03)失真失真 惰性失真惰性失真ovitvct1t2惰性失真惰性失真原因原因:由于负载电阻由于负载电阻R与负载电容与负载电容C的时间常数的时间常数RC太大所引起的。太大所引起的。这时电容这时电容 C上的电荷不能很快地上的电荷不能很快地随调幅波包络变化随调幅波包络变化,从而产生失真。从而产生失真。不产生失真的条件不产生失真的条件:为了防止惰性失真，只要适当选择为了防止惰性失真，只

42、要适当选择RC的的数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。数值，使检波器能跟上高频信号电压包络的变化就行了。 也就是要求也就是要求dtdcvdtVdi 或写成或写成 a2amaxmm1RC在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5 计算。计算。现象现象:dtdcvRCvc= =tsinVmdtVdimaim负峰切割失真负峰切割失真(底部切割失真底部切割失真)检波器输出常用隔直流电容检波器输出常用隔直流电容Cc与下级耦合，如图所示。与下级耦合，如图所示。Rg代代表下级电路的输入电阻。表下级电路的输入电阻。+vC+RRgVCCcviD考虑了耦合电容考虑了耦合电容Cc和低放和低放输入电阻输

43、入电阻Rg后的检波电路后的检波电路为了有效地传送低频信号，要求为了有效地传送低频信号，要求gcRC1在检波过程中，在检波过程中，Cc两端建立了直流电压经电阻两端建立了直流电压经电阻R和和Rg分压，在分压，在R上得到的直流电压为：上得到的直流电压为：imgRVRRRV 对于二极管来说，对于二极管来说，VR是是反偏压，它有可能阻止二极反偏压，它有可能阻止二极管导通，从而产生失真。管导通，从而产生失真。VimOvVRmaVim负峰切割失真波形负峰切割失真波形 为了避免底部切割失真，为了避免底部切割失真，调幅波的最小幅度调幅波的最小幅度Vim(1ma)必须大于必须大于VRimgaimVRRR)m1 (

44、VRRRR/RRRRmggga即：即：现象现象:原因原因:不产生失真的条件不产生失真的条件:21R10151R68010kR4C32082kR36V中放级中放末线回路至低放D2AP95100pC1R1C2R24.7kCd+305100pR5C4C5 实际电路中，为防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法，实际电路中，为防止出现负峰切割失真，常采用分负载方法，即将即将R R分为分为R R1 1和和R R2 2两部分，如图所示，通常选用两部分，如图所示，通常选用 D D选用点接触型锗二极管选用点接触型锗二极管2AP92AP9（R RD D 100100 ），），R R1=6801=680 ，R R2

45、=4.7k2=4.7k R R4 4C C3 3构成低通滤波器。构成低通滤波器。C C3 3上仅有直流电压，它与输入载波成正比，上仅有直流电压，它与输入载波成正比，并加到中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。如果输入信并加到中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。如果输入信号强，号强，C C3 3上直流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器上直流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器输出电压下降。输出电压下降。为了更好地滤波，也将负载为了更好地滤波，也将负载电容分成电容分成C C1 1和和C C2 2两部分。两部分。 非线性失真非线性失真 频率失真频率失真这种失真是由

46、检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由检波二极管伏安特性曲线的非线性所引起的。这种失真是由于耦合电容这种失真是由于耦合电容C Cc c和滤波电容和滤波电容C C所引起的。所引起的。Cc的存在主要影响检波的下限频率的存在主要影响检波的下限频率 min。为使频率为为使频率为 min时，时，Cc上的电压降不大，不产生频率失真，上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：必须满足下列条件：gcminRC1gmincR1C或或电容电容C的容抗应在上限频率的容抗应在上限频率 max时，不产生旁路作用，即它时，不产生旁路作用，即它应满足下列条件：应满足下列条件：RC1max或或RCmax

47、1一般一般Cc约为几约为几 F，C约为约为0.01 F。低 通滤波器包 络检波器vsvtvivsvtvv(a)(b) 抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又直接反映调制信号的变化规律，不能用包络检波器解调，又因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另因其频谱中不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号，此加一个与发射载波同频同相并保持同步变化的参考信号，此参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率参考信号与调幅信号共同

48、作用于非线性器件电路，经过频率变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波。 在某些应用中，为了改善性能，对普通调幅信号的解调在某些应用中，为了改善性能，对普通调幅信号的解调也可以采用同步检波。也可以采用同步检波。同步检波有两种实现电路同步检波有两种实现电路:同步检波电路同步检波电路乘积检波电路平衡同步检波非线性器件低通滤波器包络检波器vsv1v0同步检波实现模型同步检波实现模型其原理电路见右其原理电路见右+v rDCRL+v0+vs同步检波原理电路同步检波原理电路设输入信号为抑制载波的双边带设输入信号为抑制载波的双边带tcostcosV0sm

49、sv本地振荡信号本地振荡信号tcosV0rmrv则它们的合成信号则它们的合成信号tcostcosVV1V0rmsrmrsvvv故当故当smrmVV1VVmrmsma时时因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。因此，通过包络检波器便可检出所需的调制信号。包络检波器构成同步检波电路包络检波器构成同步检波电路tcostcosV111v)tcos(V000v0110)tcos() tcost(cosVV11012t )2cos(VV41tcoscosVV2110101t )2cos(VV4110112tcoscosVV2101v已调波为载波分量被抑止的双边带信号已调波为载波分量被抑止的双边带信号

50、准确地等于输入信号载波的角频率准确地等于输入信号载波的角频率即即但二者的相位可能不同；这里但二者的相位可能不同；这里 表示它们的相位差。表示它们的相位差。这时相乘输出（假定相乘器传输系数为这时相乘输出（假定相乘器传输系数为1 1） 低通滤波器滤除低通滤波器滤除附近的频率分量后，就得到频率为附近的频率分量后，就得到频率为 的低频信号，的低频信号， 本地载波电压本地载波电压 本地载波的角频率本地载波的角频率乘积检波电路乘积检波电路cos0 由式可见，低频信号的输出幅度与由式可见，低频信号的输出幅度与成正比。当成正比。当低频信号电压最大，随着相位差低频信号电压最大，随着相位差 加大，输出电压减弱。加

51、大，输出电压减弱。在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等在理想情况下，除本地载波与输入信号载波的角频率必须相等外，希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为外，希望二者的相位也相同。此时，乘积检波称为“同步检波同步检波”。 乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是乘积检波也可用来解调普通调幅波，这时参考信号的作用仅是加强了输入信号中的载波分量。加强了输入信号中的载波分量。由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振由上分析得在同步检波中，需要有与发送端同频同相的本地振荡信号，才能完全恢复原调制信号。荡信号，才能完全恢复原调制信号。时，时，产生本地振荡信号的

52、方法：产生本地振荡信号的方法：（1 1）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器）由发送端发出导频信号，控制本地振荡器，使本地振荡器的频率和相位与发送端一致。的频率和相位与发送端一致。（2 2）对于双边带调制来说，可以从双边带调制信号中提取所需）对于双边带调制来说，可以从双边带调制信号中提取所需的同频同相的载波信号作本地振荡信号。的同频同相的载波信号作本地振荡信号。 对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载对于单边带调制信号来说，无法直接从单边带信号中提取载波信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度波信号，因此在发射单边带信号的同时，还发射受到一定程度抑制的载

53、波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控抑制的载波信号（称为导频信号）。在接收端，用导频信号控制本机振荡信号使其同步中。制本机振荡信号使其同步中。（3 3）采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波。）采用锁相方法从抑制载波的信号中提取载波。单边带信号的接收单边带信号的接收(SSB)单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。单边带信号的接收过程正好和发送过程相反。f0+F第一混频高放第一中放第二混频第二中放带通滤波乘积检波器低通滤波第一本振第二本振第三本振低放f0+Ffi1+Ffi1+Ffi2+Ffi2+Ff1=fi1+f0f2=fi2+fi1fi2F单边带接收机方框图单边带接收机方框图它是二

54、次变频电路。它是二次变频电路。fi1较高，用调谐回路即可选出所需的边带。较高，用调谐回路即可选出所需的边带。fi2较低，一般采用带通滤波器取出单边带信号。较低，一般采用带通滤波器取出单边带信号。单边带信号与第三本振载波信号在乘积检波器中进行解调，单边带信号与第三本振载波信号在乘积检波器中进行解调，经过低通滤波器后，即可获得原调制信号。经过低通滤波器后，即可获得原调制信号。tffo非线性器件滤波器混频器vsv0tff0tviffi本机振荡器1. 混频器的作用与组成混频器的作用与组成混频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一混频即对信号进行频率变换，将其载频变换到某一固定的频率上固定的频率上(常

55、称为中频常称为中频)，而保持原信号的特征，而保持原信号的特征(如调如调幅规律幅规律)不变。不变。混频器的电路组成如图所示混频器的电路组成如图所示2. 为什么要变频？为什么要变频？变频的优点：变频的优点：1)变频可提高接收机的灵敏度变频可提高接收机的灵敏度2)提高接收机的选择性提高接收机的选择性3)工作稳定性好工作稳定性好4)波段工作时其质量指标一致性好波段工作时其质量指标一致性好变频的缺点：变频的缺点：容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰容易产生镜像干扰、中频干扰等干扰3. 变频器的分类变频器的分类平衡混频、平衡混频、按器件分：按器件分： 二极管混频器、二极管混频器、三极管混频器三极管混频器、三极

56、管变频器、三极管变频器、场效应管混频器、场效应管变频器场效应管混频器、场效应管变频器模拟乘法器混频器、模拟乘法器混频器、按工作特点分：按工作特点分： 单管混频单管混频、环型混频环型混频从两个输入信号在时域上的处理过程看：从两个输入信号在时域上的处理过程看：叠加型混频器、叠加型混频器、乘积型混频器乘积型混频器4. 混频器的性能指标混频器的性能指标1)1)变频变频( (混频混频) )增益增益：混频器输出中频电压混频器输出中频电压Vim与输入信号电压与输入信号电压Vsm的的 幅值之比幅值之比。2)2)噪声系数：噪声系数：高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比值。高频输入端信噪比与中频输出端信噪比的比

57、值。3)3)选择性：选择性：抑制中频信号以外的干扰的能力。抑制中频信号以外的干扰的能力。4)4)非线性干扰：非线性干扰：抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。抑制组合频率干扰、交调、互调干扰等干扰的能力。上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工上述的几个质量指标是相互关联的，应该正确选择管子的工作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量作点、合理选择本振电路和中频频率的高低，使得几个质量指标相互兼顾，整机取得良好的效果。指标相互兼顾，整机取得良好的效果。5)5)工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度工作稳定性：主要指振荡器的频率稳定度 vs(t)v非线性器件vI(t

58、)ivo(t)带通叠加型混频器实现模型332210)(fvavavaavi图示中的非线图示中的非线性器件具有性器件具有如下特性：如下特性：对其对其2 2次方进行分析：次方进行分析：os22o22s22os2222)(vvavavavvava在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到在二次方项中出现了和的相乘项，因而可以得到( ( 0 0+ + s s) )和和( ( 0 0- - s s) )。若用带通滤波器取出所需的中频成分。若用带通滤波器取出所需的中频成分( (和频或差和频或差频频) )，可达到混频的目的。，可达到混频的目的。所用非线性器件的不同，叠加型混频器有下列几种：所用非线性器件的不

59、同，叠加型混频器有下列几种：1. 晶体三极管混频器晶体三极管混频器它有一定的混频增益它有一定的混频增益2. 场效应管混频器场效应管混频器它交调、互调干扰少它交调、互调干扰少3. 二极管平衡混频器和环形混频器二极管平衡混频器和环形混频器 它们具有动态范围大它们具有动态范围大组合频率干扰少的优点组合频率干扰少的优点 vs(t)带通vI(t)vL(t)vo(t)乘积型混频器实现模型乘积型混频器由模拟乘法器乘积型混频器由模拟乘法器和带通滤波器组成和带通滤波器组成其实现模型如图所示其实现模型如图所示设输入信号为普通调幅波设输入信号为普通调幅波tcos) tcosm1 (V) t (vsasmstcosV

60、) t (oomov)cos()cos(cos1 (2)()(0000tttmVVKtktssaomsmsvvV采用中心频率不同的带通滤波器采用中心频率不同的带通滤波器( 0 s)或或( 0+ s)则可则可完成低中频混频或高中频混频。完成低中频混频或高中频混频。晶体管混频器的分析晶体管混频器的分析1. 基本电路和工作原理基本电路和工作原理viv0VCCVBBL1C1C2eceicebeTvs+L2+ 上图为晶体三极管混频器的原理电路。图中，上图为晶体三极管混频器的原理电路。图中，VBB为基为基极偏置电压，极偏置电压，VCC为集电极直流电压，为集电极直流电压，L1C1组成输入回路，组成输入回路，