高频电子线路第五章

1、第5章 振幅调制、解调及混频 n 调制的必要性：调制的必要性：可实现有效地发射，可实现有选择地接收。可实现有效地发射，可实现有选择地接收。n 调制的方式和分类：调制的方式和分类：t 按载波按载波的不同可分为脉冲调制、正弦调制和对光波进行的光强度调制等。t 按调制信号按调制信号的形式可以分为模拟调制和数字调制。调制信号为模拟信号的称为模拟调制，调制信号为数字信号的称为数字调制。t 正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式式，后两者合称为角度调制。n 调制是一种非线性过程。调制是一种非线性过程。载波被调制后将产生新的频率分量，通常它们分

2、布在载波频率的两边，并占有一定的频带。5.1 概述频谱搬移电路的特性频谱搬移电路的特性 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在频率轴上搬移，则称之为线性频率变换，具频谱无失真在频率轴上搬移，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

3、信号f0ff0fmaxf02f0ff0f2) 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) 1) 它们的实现框图几乎它们的实现框图几乎是相同的，都是利用非线是相同的，都是利用非线性器件对输入信号频谱实性器件对输入信号频谱实行变换以产生新的有用频行变换以产生新的有用频率成分后，滤除无用频率率成分后，滤除无用频率分量。分量。3) 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输入信号与一角度看相

4、当于输入信号与一个参考正弦信号相乘，而平个参考正弦信号相乘，而平移的距离由此参考信号的频移的距离由此参考信号的频率决定，它们可以用乘法电率决定，它们可以用乘法电路实现。路实现。 混频原理混频原理非线性器 件本振带通fi, 2Fmax高放f0f到中放fi=fO-fSfSffiffif (1) 调制：调制：用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程用调制信号去控制载波信号的某一个参量的过程。 定义：定义：信号信号 载波信号：（等幅）高频振荡信号载波信号：（等幅）高频振荡信号 正弦波正弦波 方波方波 三角波三角波 )tcos(Uuooo锯齿波锯齿波调制信号：调制信号：需要传输的信号需要传输的信号（原

5、始信号）（原始信号） 语言语言图像图像 tcosUu密码密码已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号射频信号）振幅调制振幅调制解调（检波解调（检波)混频（变频）混频（变频）属于属于 频谱线性搬移电路频谱线性搬移电路 (2)解调：解调：调制的逆过程调制的逆过程，即从已调波中恢复原调制信号的过程。，即从已调波中恢复原调制信号的过程。(6)振幅调制分三种方式：振幅调制分三种方式： (SSB)(DSB) (AM)单边带调制抑抑制制载载波波双双边边带带调调制制标标准准幅幅度度调调制制 （5）相位调制：）相位调制：调制信号控制载波相位调制信号控制载波相位

6、，使，使已调波的相位随调已调波的相位随调 制信号线变化。制信号线变化。 （4）频率调制：）频率调制：调制信号控制载波频率调制信号控制载波频率，使，使已调波的频率随调制已调波的频率随调制 信号线性变化。信号线性变化。（3）振幅调制：由）振幅调制：由调制信号去控制载波振幅调制信号去控制载波振幅，使，使已调信号的振已调信号的振 幅幅 随调制信号线性变化。随调制信号线性变化。5.2 振幅调制原理及特性一、振幅调制信号分析（1） 设：载波信号：设：载波信号： tUu000cos 调制信号：调制信号： tUu cos那么调那么调 幅信号（已调波）可表达为：幅信号（已调波）可表达为： ttUumAM0cos

7、)( 由于由于调调 幅信号的振幅与调制信号成线性关系幅信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：，即有： tUkUtUam cos)(0，式中，式中ak为比例常数为比例常数即即 )tcosm(U)tcosUUk(U)t(Uaam 11000式中式中ma为调制度，为调制度， 0UUkmaa 常用百分比数表示。常用百分比数表示。tcos)tcosm(UuaAM001 一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一般，实际中传送的调制信号并非单一频率的信号，常为一个连续频谱的限带信号一个连续频谱的限带信号) t ( f则则ttfkUuaAM001 cos)(1 调调 幅幅 波波 的的 分分 析析若

8、将若将 ) (t f分解为分解为 1nnnn)tcos(U)t (f 则有则有 ttmUunnnnAM0101 cos)cos( ，其中：其中： nanUkm 2、调幅信号波形、调幅信号波形 波形特点：波形特点： （1）调幅波的振幅（包络）变化规律）调幅波的振幅（包络）变化规律 与调制信号波形一致与调制信号波形一致 (2) 调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱程度反映了调幅的强弱程度， 可以看出：可以看出： 021UUUmminmaxa 一般一般m值越大调幅越深：值越大调幅越深： tcos)tcosm(UuaAM001 )tcosm(U)t (Uam 10tcosUu000 tcosUu )m(U

9、Uaomax 1oU)m(UUaomin 1 实实际际电电路路中中必必须须避避免免包包络络失失真真过过调调幅幅时时百百分分之之百百最最大大调调幅幅时时未未调调幅幅时时,1m)(1m0maaa1ma 1 am（1）由单一频率信号调）由单一频率信号调 幅幅 t )cos(mt )cos(mtcosUtcos)tcosm(UuaaaAM 00000021211 含含传传输输信信息息下下边边频频分分量量含含传传输输信信息息上上边边频频分分量量不不含含传传输输信信息息载载波波分分量量:)(000 可见可见,调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量

10、： 3、调幅波的频谱 调制信号0载波调幅波0+上边频0-下边频同样含有三部分频率成份同样含有三部分频率成份 nnnnnnnnnnnnnnAMt )cos(mt )cos(mtcosUt )cos(mt )cos(mtcosUtcostcosmUu0000000000212121211 含含信信息息下下边边带带含含信信息息上上边边带带不不含含信信息息载载波波分分量量)()(:n0n00 信号带宽信号带宽max2B 0 (2) 限带信号的调幅波限带信号的调幅波maxo 调幅波maxmaxmaxmax调制信号载波0+max上边带0-max下边带 由于：由于：tcosUtcosmtcosUtcos)t

11、cosm(UuaaAM0000001 相加器相加器 乘法器乘法器AMu直流直流0u u 乘法器乘法器 相加器相加器 uAMu0u4、AM信号的产生原理框图信号的产生原理框图可见可见要完成要完成AM调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。调制，其核心部分是实现调制信号与载波相乘。仿真仿真仿真仿真LOTRUP2021 OTaLaPmRUmPP4221220 下下边边上上边边 2m1PPPPP2aOTOT0下下边边上上边边2m2a 载载波波功功率率双双边边带带功功率率2a2a2a2am2m2m12m 平平均均总总功功率率双双边边带带功功率率(2) 上、下边带的平均功率：上、下边带的平均功率： (3

12、) 在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率在调制信号一周期内，调幅信号输出的平均总功率 (4)边带功率，载波功率与平均功率之间的关系：边带功率，载波功率与平均功率之间的关系： LR上消耗的载波功率：上消耗的载波功率： (1)5、调制波的功率、调制波的功率那么调幅波各分量的功率为：那么调幅波各分量的功率为： 设调幅波传输信号至负载电阻设调幅波传输信号至负载电阻LR上上,讨论标准调幅波的性质：讨论标准调幅波的性质：n 已调信号的幅度随调制信号而变化已调信号的幅度随调制信号而变化。因此，调幅信号幅度的包络线近似为调制信号的波形。只要能取出这个包络信号就可实现解调。n 调幅波的频谱由两部分组成。

13、一部分是未调载波的频谱，另一部分是分别平移至 处的调制信号的频谱，幅度减半。标准调幅信号所占的频带宽度为标准调幅信号所占的频带宽度为 ，即它是调制信号频带宽度的两倍。但从传递信息的角度看，标准调幅信号所占的频但从传递信息的角度看，标准调幅信号所占的频带宽度中有一半是多余的带宽度中有一半是多余的，因此，这种调幅方式在频率资源利这种调幅方式在频率资源利用上是有缺点的。用上是有缺点的。m0m2n 幅度调制是一种非线性过程幅度调制是一种非线性过程，因为它将调制信号的各频率分量变换为载波频率与这些频率的和频和差频分量。但都是将信号的频谱在频率轴上平移。因此，又称幅度调制为线性调制又称幅度调制为线性调制。

14、n 在调幅波中，欲传送的信息包含在边带内，载波分量并不包欲传送的信息包含在边带内，载波分量并不包含欲传送的信息含欲传送的信息。而它所占有的功率却为总功率的一半以上。因此，从有效地利用发射机功率的角度考虑，标准幅度调制是从有效地利用发射机功率的角度考虑，标准幅度调制是有缺点的有缺点的。 在在AM调制过程中，如果调制过程中，如果将载波分量抑制将载波分量抑制就形成就形成抑制抑制载波的双边带信号载波的双边带信号，简称双边带信号，它可以，简称双边带信号，它可以用载波和调制用载波和调制信号直接相乘得到信号直接相乘得到，即：，即： t )cos(t )cos(UkUtcostcosUkUuDSB 00000

15、21 nnnnnnnnnDSBt )cos(Ut )cos(UkUtcostcosUkUu0000021 调制信号为单一频率信号调制信号为单一频率信号： 调制信号为限带信号的调制调制信号为限带信号的调制： )t(u)t(kuuDSB0 二、双边带信号( double sidebond DSB)、 数学表达式数学表达式2. 波形与频谱波形与频谱tcosU(1) DSB信号的包络正比于调制信号信号的包络正比于调制信号 (2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。时，已调波高频与原载波反相。因此

16、严格地说，因此严格地说，DSB信号已非单纯的振信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。(3) DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于用率高于AM波。波。maxmax22FB (4) 占用频带占用频带 调制信号 载波o 上边频 下边频仿真仿真上边带滤波器SSBUu乘法器 uou下边带滤波器SSBLu t )cos(t )cos(UkU)t (uDSB 00021 t )cos(Ut )cos(UkU)t(uSSBU 00021 t )cos(Ut )cos(UkU

17、)t (uSSBL 00021 单边带单边带(SSB)信号是由信号是由DSB信号经过边带滤波器滤除了一个信号经过边带滤波器滤除了一个边带或在调制过程中直接将一个边带抵消而形成，边带或在调制过程中直接将一个边带抵消而形成，如：如：上边带信号上边带信号下边带信号下边带信号三 单边带信号0+max上边带0-max下边带o o 0+max上边带o 0-max下边带DSBu另外由三角公式：另外由三角公式： tsintsinUtcostcosU)t (uSSBU 00 tsintsinUtcostcosU)t (uSSBL 00 利用上三角公式的实现电路如下图所示：利用上三角公式的实现电路如下图所示：乘

18、法器乘 法器00相移00相移加 法器减 法器tcosU SSBUuSSBLutcosUoo tsinU0 tsinU 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。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波的移相网络在整个频带范围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，都要准确地移相内，都要准确地移相9090。这一点在实际上是很难做到的。这一点在实际上是很难做到的。仿真仿真修正的移相滤波法修正的移相滤波法 这种方法所用的这种方法所用的90移相网络工作于固定频

19、率，因而克服了实际的移频网络移相网络工作于固定频率，因而克服了实际的移频网络在很宽的音频范围内不能准确地移相在很宽的音频范围内不能准确地移相90的缺点。的缺点。 这种方法所需要的移相网络工作于固定频率这种方法所需要的移相网络工作于固定频率 1与与 2，因此制造和维护都比，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。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。BM1u1=u u 低通低通滤波器滤波器BM390 移相移相网络网络u =cos 1tBM2低通低通滤波器滤波器BM4u2=uu u=sin 1t音频音频振荡器振荡器BM-平衡调幅器平衡调幅器音

20、频输入音频输入U (t)=sin t90 移相移相网络网络u0 =cos 1tu0=sin 2t载波载波振荡器振荡器合并合并网络网络u3 u4SSB输出输出u1=sin t sin 1tu2=cos( 1 )tu3=u u3=sin 2tcos( 1- )tu2=sin t cos 1tu4=cos( 1 )tu4=u0 u3=sin 2t sin( 1 )t例例1 已知载波电压为u0=U0cos0t,调制信号如图所示，f01/T。分别画出m=0.5及m=1两种情况下的AM波形以及DSB波形。 题意分析：题意分析：AM信号是其振幅随调制信号变化的一种振幅调制信号，确切地讲，其振幅与调制信号u成

21、线性关系。调幅信号的表达式为uAM(t)=U01+mf(t)cos0t，式中f(t)为归一化信号，即|f(t)|max=1的调制信号。由AM信号的表达式可以看出，调幅信号的振幅，是在原载波振幅的基础上，将f(t)信号乘以mU0后，叠加到载波振幅U0之上，再与cos0t相乘后，就可得到AM信号的波形。对双边带信号，直接将调制信号u与载波u0相乘，就可得到DSB信号的波形。应注意的是，DSB信号在调制信号u的过零点处，载波相位有180的突跳。解：下图解：下图为AM波在m=0.5和m=1的波形和DSB信号的波形 讨论：讨论：对对AM信号，当信号，当m=0.5时，其振幅可以看成是将调制信时，其振幅可以

22、看成是将调制信号叠加到载波振幅号叠加到载波振幅U0上，其振幅的最大值上，其振幅的最大值(对应调制信号的最大值对应调制信号的最大值)为为U0(1+0.5)，最小值，最小值(对应调制信号的最小值对应调制信号的最小值)为为U0(1-0.5)，包络，包络的峰一峰值为的峰一峰值为U0。当。当m=1时，其振幅可以看成是将调制信号叠加时，其振幅可以看成是将调制信号叠加到载波振幅到载波振幅U0上，其最大值与最小值分别为上，其最大值与最小值分别为2U0和和0，峰一峰值为，峰一峰值为2U0。由此可见，。由此可见，m越大，振幅的起伏变化越大，有用的边带功率越大，振幅的起伏变化越大，有用的边带功率越大，功率的利用率越

23、高。越大，功率的利用率越高。 对对DSB信号，是在信号，是在AM信号的基础上将载波抑制而得到的，信号的基础上将载波抑制而得到的，反映在波形上，是将包络中的反映在波形上，是将包络中的U0分量去掉，将分量去掉，将u与与u0直接相乘就直接相乘就可得到可得到DSB信号。应注意的是，信号。应注意的是，DSB信号的包络与调制信号的绝信号的包络与调制信号的绝对值成正比，在调制信号的过零点载波要反相。特别要指出的是，对值成正比，在调制信号的过零点载波要反相。特别要指出的是，DSB信号是在信号是在AM信号的基础上将载波抑制后得到的，但不可用滤信号的基础上将载波抑制后得到的，但不可用滤波的方法将载波分量滤出，而是

24、采用如平衡电路等方法将载波分波的方法将载波分量滤出，而是采用如平衡电路等方法将载波分量抵消，从而得到量抵消，从而得到DSB信号的。在画波形时，包络不能用实线，信号的。在画波形时，包络不能用实线，只能用虚线，因为它只是反映了包络的变化趋势，而不是信号的只能用虚线，因为它只是反映了包络的变化趋势，而不是信号的瞬时值。瞬时值。:AMttmUuaAM00cos)cos1( tUu000cos tUu cos:SSB 波形特点：波形特点：(1)调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致调幅波的振幅（包络）变化规律与调制信号波形一致 (2)调幅度调幅度ma反映了调幅的强弱程度，可以看出：反映了调幅的强

25、弱程度，可以看出：ma1 0、0max2 B 占用频带占用频带 功率：在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身功率：在普通调幅波信号中，有用信息只携带在边频带内，而载波本身并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调并不携带信息，但它的功率却占了整个调幅波功率的绝大部分，因而调幅波的功率浪费大，效率低。幅波的功率浪费大，效率低。 :DSBttUuDSB00coscos max2 B 占用频带占用频带 0(1) DSB信号的包络正比于调制信号绝对值信号的包络正比于调制信号绝对值 (2) DSB信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周信号载波的相位反

26、映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说，DSB信号已非单纯的振信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。幅调制信号，而是既调幅又调相的信号。(3) DSB波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利用率高于率利用率高于AM波。波。tUtUkUtuSSBU)cos()cos(21)(000 max B 占用频带占用频带 0+SSB信号非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调频的信号。信号非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调频的信号。功率和频带利用

27、率都高。功率和频带利用率都高。设：设：5.3 振幅调制电路 这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为：这种调制是在高频功率放大器中进行的，通常分为： 调调频频调调幅幅信信号号调调相相调调幅幅信信号号纯纯调调幅幅信信号号,)tsintsintcost(cosUu:SSB,tcostcosUkUu:DSBtcos)tcosm(Uu:AMSSBDSBAM0000001 三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项三种信号都有一个调制信号和载波的乘积项，所以，所以振幅调制振幅调制电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路电路的实现是以乘法器为核心的频谱线性搬移电路。具体的说调制可分为具体的说调制可分为

28、高电平调制高电平调制：功放和调制同时进行，主要用于：功放和调制同时进行，主要用于AM信号。信号。低电平调制低电平调制：先调制后功放，主要用于：先调制后功放，主要用于DSB、SSB以及以及FM信号。信号。（一）（一） AM调制电路调制电路AM信号大都用于无线电广播，因此多用于高电平调制。信号大都用于无线电广播，因此多用于高电平调制。1 高电平调制高电平调制基极调幅基极调幅(Base AM) 集电极调幅电路集电极调幅电路(Collector AM) 在集电极调幅电路中：在集电极调幅电路中：Cb,C1为高频为高频旁路电容，旁路电容，Rb为基极自给偏压电阻，为基极自给偏压电阻，放大器工作在丙类状态，集

29、电极电路放大器工作在丙类状态，集电极电路中除直流电压中除直流电压ECC外，还串有调制信号外，还串有调制信号tcosU)t(u tUEtuCCCC cos)(集电极调幅的特点：工作在过压区，效率集电极调幅的特点：工作在过压区，效率较高，但所用调制信号功率大。较高，但所用调制信号功率大。 即即集电极有效动态电源为集电极有效动态电源为： ) t (uo) t (u) t (uAMECC+-) t (ucciCiC1) t (u ccE临临界界过压过压欠压欠压ECC（t）) t (u)t(ucc临界临界过压过压欠压欠压E BB(t)icuAM（t）) t (uo) t (u)t (uAMECC+EBO

30、-+-) t (uBB 在基极调幅电路中：在基极调幅电路中：LC高频扼流高频扼流圈 ，圈 ， LB低 频 扼 流 圈 ，低 频 扼 流 圈 ， C1, Ce 1 , Ce2 ,C2 ,C3，CC 高频旁路电容，高频旁路电容， Re射射极偏置电阻，基极偏压随调制信号而极偏置电阻，基极偏压随调制信号而变化，即变化，即基极有效动态偏压为：基极有效动态偏压为：tUEtuEtuBOBOBB cos)()(基极调幅的特点：工作在欠压区，效基极调幅的特点：工作在欠压区，效率越低，输出波形较差，但所用调制率越低，输出波形较差，但所用调制信号功率越小。信号功率越小。 ) t (u 1) 二极管电路二极管电路 信

31、信号号可可产产生生平平衡衡二二极极管管电电路路信信号号可可产产生生单单二二极极管管电电路路DSBAM 如图所示的电路如图所示的电路, 设设:tcosUum tcosUum000 dddu)t(Sgi dLdLdLu)t (SRgRiu 000100uu) t (StUtUuuummd000coscos (1)单二极管电路单二极管电路且且 则回路电流则回路电流: 、低电平调制、低电平调制uddi+uL (t)_dididiLddRrg 1而而 二二极极管管工工作作在在开开关关状状态态 0mmUU S(t)u0(t) 000100uu) t (S开关函数：开关函数：.tcostcos)t (S 0

32、0332221 的付里叶级数展开式为：的付里叶级数展开式为：)t (S0 2B如果选频回路工作在如果选频回路工作在 处，且带宽为处，且带宽为 而谐振时的负载电阻为而谐振时的负载电阻为RL，则输出电压，则输出电压为：为： ) t (uud+uL (t)_为一个为一个AM信号信号di)t (uL tcosUtcosU.tcostcosRgummLdL0000332221 的频谱成份：的频谱成份：di 0001n2n2 , 0 20 O OB=2 tcostcosmUtcostcosUURUgtcostcosRUgtcosRUg)t(ummLmdLmdLmdL00000000014121121 O3

33、O3仿真仿真+u L_ +u o1_ -u o2+ ) t (u) t (u 上半部分与下半部分电路对上半部分与下半部分电路对称其等效电路如右图所示。称其等效电路如右图所示。 1 电路结构：电路结构：(2) 二极管平衡电路 2 工作原理分析：工作原理分析：设：设： mmmmUUtcosUutcosUu 0000且且 2221110201ddddddddu)t(Sgiu)t(Sgi)t(u)t(uu)t(u)t(uuud1ud2id1id2式中式中 Ld2d1dR21r1gg 而而 000100uu)t(SLdoLdoRiu;Riu21212211)t (u)t (SgR)uu)(t (SgR)

34、ii (RuuudLdddLddLooL 2121212121tcosU.tcostcosgRmdL 00332221 ,.)2 , 1 ,0n()1n2(0 的频谱成份：的频谱成份：Luuo(t)0+ 0-30+30-信信号号DSBtcostcosURtcostcosRUg)t(uLLmdL 002 2B如果输出回路滤波器谐振在如果输出回路滤波器谐振在 处，且带宽为处，且带宽为0 为：为： 则输出电压则输出电压 ) t (uL输出调制电路的乘积项，并抑制了载波项。输出调制电路的乘积项，并抑制了载波项。)t (u)t (SgR)uu)(t (SgR)ii (RuuudLdddLddLooL 2

35、121212121tcosU.tcostcosgRmdL 00332221 ,.)2 , 1 ,0n()1n2(0 的频谱成份：的频谱成份：Lu仿真仿真D1Tr1Tr2iLD4D321:1u021:1u RLuu +u0+u +D2 在平衡电路的基础上，再增加两在平衡电路的基础上，再增加两个二极管个二极管D3,D4使电路中四个二极使电路中四个二极管首尾相接管首尾相接i. 电路结构电路结构3241DDDD构成环形构成环形 mmmmUUtcosUutcosUu 0000且且 设：设：ii. 工作原理分析工作原理分析当当0)(0 tu时，平衡电路时，平衡电路I在负载回路中产生的电压为：在负载回路中产

36、生的电压为：)t(u)t(SRg)t(uLdL 11)t(u)t(SRg)t(uLdL 220)(0 tu时，平衡电路时，平衡电路在负载回路中产生的电压为：在负载回路中产生的电压为：当当 而其中：而其中： 0001001)t (u)t (u)t (S 0100002)t (u)t (u)t (S（3） 二极管环形电路实现DSB信号D1Tr1Tr2i121:1u021:1RL+u +D2ui2iL1Tr1Tr2i321:1u021:1RL+u +u i4iL2D4D3uu+uL1-uu+uL2- II,D,DD,D,)t(uI,D,DD,D,)t(u组组成成平平衡衡电电路路截截止止导导通通组组成

37、成平平衡衡电电路路截截止止导导通通214304321000则有则有 S 1(t)S 2(t)S (t)u0(t)那么在一个周期内平衡电路那么在一个周期内平衡电路I，II在负在负载载RL上产生的电压为：上产生的电压为： ) t (u) t (SgR) t (u) t (S) t (SgRuuudLdLLLL 2121 010100) t (u) t (u) t (S式中式中称为双向开关函数称为双向开关函数的付里叶级数展开式为：的付里叶级数展开式为：)t (S而而.t5cos54t3cos34tcos4)t (S000 tcosU.tcostcostcosgRudLL 0005543344 有有

38、的频率成份：只有组合频率的频率成份：只有组合频率Lu 012 n性能更接近理想乘法器。性能更接近理想乘法器。30- 3+0- +经滤波后的输出电压：经滤波后的输出电压： tcostcosURg)t (uLdL04 仿真仿真利用模拟乘法器实现利用模拟乘法器实现AM、DSB信号（信号（MC1596）1. 单差分对电路ic1ic2io30022beETCETCCodLuuRVRuuRVRRiu 载波电压u0加到线性通道，即u1u0，调制信号u加到非线性通道，即u2=u，则双端输出为 2、模拟乘法器电路、模拟乘法器电路 uKuuuRRIRuyxyxoxcL02 AM 00信信号号频频谱谱： DSB 0

39、信号信号频谱：频谱： 载波电压u0加到线性通道，即uxu0，调制信号u加到非线性通道，即uy=u，则双端输出为 uxuxuyuL例例2 在下图所示的各电路中，调制信号u=Ucost，载波电压uc=Uccosct，且c，二极管VD1、VD2的伏安特性相同，均为从原点出发，斜率为gD的直线。试问哪些电路能实现双边带调制？在能够实现双边带调制的电路中，试分析其输出电流的频率分量。题意分析题意分析：从图中可以看出，这四个电路为二极管电路的交流等效电从图中可以看出，这四个电路为二极管电路的交流等效电路，和二极管平衡调制器的结构相似，与之不同的是信号的输入位置路，和二极管平衡调制器的结构相似，与之不同的是

40、信号的输入位置和二极管的连结方式。其分析思路可以按照二极管平衡调制器的分析和二极管的连结方式。其分析思路可以按照二极管平衡调制器的分析方法进行分析。分析思路如下：方法进行分析。分析思路如下：标定二极管两端的电压和流过它的电流的正方向，一般可按实际方向标定二极管两端的电压和流过它的电流的正方向，一般可按实际方向标定标定(当然也可以不按实际方向标，但分析时难度较前者大，易出错当然也可以不按实际方向标，但分析时难度较前者大，易出错)；求出加在二极管两端的电压求出加在二极管两端的电压uD；求出流过二极管的电流求出流过二极管的电流iD=gDS(t)uD，此时二极管电导有两种情况，此时二极管电导有两种情况

41、,若若uc正向加到二极管两端正向加到二极管两端,二极管在二极管在uc的正半周导通，为的正半周导通，为gDS(ct)；若；若uc反反向加到二极管两端，为向加到二极管两端，为gDS(ct-)；根据同名端判断各二极管电流对总的输出电流根据同名端判断各二极管电流对总的输出电流i的贡献，流入同名端为的贡献，流入同名端为正，流出同名端为负；正，流出同名端为负；分析分析i中的频率分量，若有中的频率分量，若有fcF分量，无分量，无fc分量，则可产生分量，则可产生DSB信号信号(滤滤波后波后)；若有；若有fcF和和fc分量，不能产生分量，不能产生DSB，只能产生，只能产生AM信号。信号。) t(Sg) t (g

42、) t (gcD 2102121 DcDDcDu)t(Sgu)t(Sgiii (a) uD1=uD2=uc+u, uc正向加到两个二极管上,故因此，(a)所示电路没有输出，不能完成双边带调制。（b） uD=uc+u, uD2=-uc- u=-uD1 ,uc正向加到VD1 ，反向加到VD2 ，故 g1(t)=gDS(ct), g2(t)=gDS(ct-), i1与i2流向一致，在输出变压器中产生的磁通相加，输出电流i为)tcosUtcosU)(tcostcostcos(g)uu)(t(Sgu)t(S)t(Sgu)t(Sgu)t(Sgu)t(Sgu)t(SgiiicccccDccDDccDDcDD

43、cDDcDDcD 55433441112121 将上式展开可见，i中的频率分量包括直流、2nfc、(2n-1)fcF, n=1,2,3,，其频谱如图所示。由此可见，图(b)所示电路经滤波后可得到双边带信号。(c) uD1=uc+u ，uD2=-uc+u , uc正向加到VD1 ,反向加到VD2 , 故g1(t)=gDS(ct), g2(t)=gDS(ct-), i1与i2流动方向相反，有 tcosU)tcostcos(gtcosUgu)t(Sgugu)t(S)t(Sgu)t(S)t(Sg)uu)(t(Sg)uu)(t(Sgu)t(Sgu)t(SgiiiccDccDcDcDccDcccDccDc

44、cDDcDDcD 33442121 可以看出，i中的频率分量有fc, (2n-1)fcF, n=1,2,3, ,其频谱如图 所示。由此可见，图 (c)所示电路可以完成AM调制，不能得到DSB信号。（d）uD1=uc+u ，uD2=uc-u ，uc正向加到两个二极管上，故 g1(t)=gDS(ct)=g2(t) ,i1与i2流动方向相同，有 tcosU)tcostcos(gu)t(Sg)uu)(t(Sgu)t(Sgu)t(SgiiiccccDccDDDcDDcDDcD 33222122212121 由上式可以看出，图(d)所示电路的输出电流i中只有fc 和2nfc，不存在fcF分量，故不能完成调

45、制功能。 讨论：讨论：二极管平衡调制器可以产生双边带信号，但产生双边带信号时两个输入信号uc与u所加位置是确定的。若将uc与u的位置互换，如图(c)所示，则将不能得到双边带信号，产生的是AM波。若将两个二极管中的一个反接，如图(d)所示，得到的只是输入信号中的一个(uc或u)的频率的谐波分量。D1Tr1Tr2iLD4D321:1uC21:1u RLuu +uC+u +D2 另外，对二极管环形调制器，无论将uc和u加到何位置，均可产生双边带信号，也就是说，二极管环形调制器产生双边带信号与信号所加位置无关。解调是调制的逆过程解调是调制的逆过程，是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的是从高频已调波中

46、恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频过程。从频谱上看，解调也是一种信号频谱的线性搬移过程，是将高频端的信号频谱搬移到低频端，端的信号频谱搬移到低频端，解调过程是和调制过程相对应的，不同的解调过程是和调制过程相对应的，不同的调制方式对应于不同的解调。调制方式对应于不同的解调。振幅调制过程：振幅调制过程： 解调过程解调过程 AM调制调制 DSB调制调制 SSB调制调制非相干解调非相干解调 (包络检波)： 相干解调相干解调(同步检波同步检波)： 峰值包络检波峰值包络检波平均包络检波平均包络检波 乘积型同步检波乘积型同步检波 叠加型同步检波叠加型同步检波

47、 5.4 调幅信号的解调(检波) 一、检波器的技术要求一、检波器的技术要求： 检波效率：检波效率：检波效率是指检波器输出信号的幅度与输入调幅信检波效率是指检波器输出信号的幅度与输入调幅信号中包络的幅度之比。号中包络的幅度之比。输入阻抗：输入阻抗：检波电路是前级放大器的负载，它的输入阻抗将影响检波电路是前级放大器的负载，它的输入阻抗将影响前级的工作，需合理设计。前级的工作，需合理设计。检波失真：检波失真：要求检波器的输出信号波形与输入调幅信号的包络之要求检波器的输出信号波形与输入调幅信号的包络之间只有时间延迟或幅度比例上的变化，而不出现新的频率成分或间只有时间延迟或幅度比例上的变化，而不出现新的

48、频率成分或改变原有各频率分量间的相互关系，也即不出现非线性失真或线改变原有各频率分量间的相互关系，也即不出现非线性失真或线性失真。性失真。 二二 调幅解调的方法调幅解调的方法 1 非相干解调非相干解调 (包络检波包络检波) 非线形非线形 电路电路低通滤低通滤 波器波器从已调波中检出包络信息从已调波中检出包络信息，只适用于，只适用于AM信号（或幅度包含调制信信号（或幅度包含调制信号信息的复合信号）号信息的复合信号） 输入输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息 利用某些元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换，利用某些元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换，实现实现调幅波的解调调幅波的解调(

49、检波检波)。 非相干解调方法有非相干解调方法有:小信号平方律解调、平均包络解调小信号平方律解调、平均包络解调 和大信号峰值包络解调等和大信号峰值包络解调等 由于由于DSB和和SSB信号的包络不同于调制信号，不能用包络检信号的包络不同于调制信号，不能用包络检 波器，波器，只能用同步检波器，但只能用同步检波器，但需注意同步检波过程中，为了正常解调，必须需注意同步检波过程中，为了正常解调，必须恢复载波信号，而所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同恢复载波信号，而所恢复的载波必须与原调制载波同步（即同频同相）。相）。 乘法器乘法器低通滤波器低通滤波器uDSBu ou2 相干解调（同步检波）相干解调

50、（同步检波）包络检波器包络检波器 加法器加法器uDSBu ouuAM解调解调载波载波(一一) 小信号平方律检波小信号平方律检波1 检波器电路检波器电路：n二极管有偏置电压。n二极管电流全流通。n输入信号 很小。)(tviLRLCD)(tvi)(dridRdEDVdi2 电路的技术指标：电路的技术指标：imLdvRK didrR 检波效率：检波效率：输入阻抗：输入阻抗： 检波失真：（非线性失真系数）检波失真：（非线性失真系数）AfmVVVVVK4122322平方律检波：平方律检波：2imVV 用于功率指示。用于功率指示。(二二) 二极管峰值型包络检波器二极管峰值型包络检波器 峰值检波器的工作条件

51、：检波器一般工作在大信号状态，输入信号要求峰值检波器的工作条件：检波器一般工作在大信号状态，输入信号要求大于大于0.5V，通常在，通常在1V左右。左右。1 基本电路结构基本电路结构 RC网络的基本功能：网络的基本功能：对高频载波信号短路，即滤除高频信号，即对高频载波信号短路，即滤除高频信号，即 RC 01 即在理想情况下，即在理想情况下，RC网络的阻抗为网络的阻抗为： 输入回路：相当于末级中放的输出回路输入回路：相当于末级中放的输出回路, 输入输入AM 信号信号二极管二极管D：相当于一个非线性元件：相当于一个非线性元件输出回路：低通输出回路：低通RC滤波网络滤波网络 u，相当于检波负载，即，相

52、当于检波负载，即 RC 1对低频调制信号对低频调制信号 2 工作原理分析工作原理分析 RZZZRC)(0)()(0 0uiu能保持能保持的峰值而略有下降的峰值而略有下降+uo 检波过程：检波过程：iD即：即： iuu 0（1）在输入信号的正半周，）在输入信号的正半周，D受正向电受正向电压作用而导通，电流压作用而导通，电流 Di对对C充电，充电充电，充电时间常数时间常数 crd很小，充电迅速，使很小，充电迅速，使0uiu接近接近另外另外 0u又反向加在又反向加在D负端，使二极管的端电压为负端，使二极管的端电压为 0uuuiD 故故D 的导通与截止决定于的导通与截止决定于 0uuuiD （2）当）

53、当iu0u最大值下降到小于最大值下降到小于时，时， 00 uuuiD而电容上的电压不能突变而电容上的电压不能突变， C通过通过R放电，放电，RCT000021 fT)故放电较缓慢，故放电较缓慢，(其中其中时，时，D又导通，对又导通，对C迅速充迅速充（3）当）当iviu0u的第二个正半周到来，且的第二个正半周到来，且0uiu能保持在能保持在的峰值电压上。的峰值电压上。电，使电，使+ u D -峰值检波器检波过程的波形如图所示，输出电压峰值检波器检波过程的波形如图所示，输出电压 uUuDC0+ui+ +- - 由于放电时间常数由于放电时间常数二极管二极管D截止，截止，而峰值检波器的应用型输出电路如

54、下图所示而峰值检波器的应用型输出电路如下图所示 图图(a)：可输出恢复的调制信号：可输出恢复的调制信号 u，一般作为检波电路。，一般作为检波电路。DCU可作为自动增益的控制信号（可作为自动增益的控制信号（AGC信号）。信号）。 图图(b)：输出与已调波中载波的大小成正比的直流分量：输出与已调波中载波的大小成正比的直流分量U DC u (a) Rg uRSRd(b) DCU仿真仿真OdmUUK 输输入入已已调调波波包包络络振振幅幅输输出出低低频频交交流流电电压压振振幅幅tcos)tcosm(UuuAMi001 00uuuuuAMid 若设输入信号若设输入信号) t (u0输出信号为输出信号为,则

55、加在二极管两端的电压则加在二极管两端的电压u Di DuoUim如果以右图所示的折线表示二极管的伏安特如果以右图所示的折线表示二极管的伏安特征曲线（注意在大信号输入情况），则有：征曲线（注意在大信号输入情况），则有： )t(utcos)tcosm(Ug)t(uug)t(idAMdd00001 可见当可见当 t0时时0)( tid有有tcosUUtcoscosmUcosUcos)tcosm(U)t(uDC 00001(1) 传输系数：（传输系数：（也称为检波系数或检波效率也称为检波系数或检波效率）定义：定义：+ui-+uo- + u d -3 电路性能分析电路性能分析 cosmUcosmUmUU

56、Kd 000有有 为电流导通角。为电流导通角。其中其中另外，还可以证明导通角的表达式：另外，还可以证明导通角的表达式：Rgtgd RgdRgd而当而当很大时，很大时，(如如50)，3533115231 tg3333RRRgdd 代入上式可得：代入上式可得：ddRg1 dR而而为二极管导通内阻。为二极管导通内阻。u Di DuoUim+ui-+uo- + u d -可见可见)(0tu有两部分：有两部分：低频调制分量：低频调制分量：tcosU)t(u 其中其中 cos0mUU 直流分量直流分量 ： cosUUDC0 ttmUui00cos)cos1( )cos1()(00tmUKtud cosKR

57、dR 讨论：讨论：在大信号检波过程中，当在大信号检波过程中，当D和和确定后，确定后， 为恒定值，为恒定值， cos dK与输入信号大小无关，亦即检波效率与输入信号大小无关，亦即检波效率恒定，与输入信号的值无关，恒定，与输入信号的值无关，则输出信号为：则输出信号为： 当当1 dK1 dK但但理想值理想值50 Rgd9 . 0 dK一般当一般当，输入与输出之间为线性关系，故称为输入与输出之间为线性关系，故称为线性检波线性检波。一般计算方法为：一般计算方法为：当输入信号为：当输入信号为：设RLC具有理想的滤波能力，若输入是等幅波，二极管上的电流为脉冲，电容上的电压为直流电压。二极管工作在大信号，如图

58、所示，折线的线率为gd。采用折线近似分析法分析。 000d ddddgvvivcosiicvVt)(0max0 CcII Rgdcos)cos(sindgRtg ci0tt02ci1Dv2DvavV1Dv2Dv1Dv2Dv 2 2 maxci1ddgRvdcos1cossinmaxCIcos1cossincos1bmdUg)cos(sinbmdUgRUbm cos （2） 检波的等效输入电阻检波的等效输入电阻idR 峰值检波器常作为超外差接收机峰值检波器常作为超外差接收机中放末级的负载中放末级的负载，故，故其输入阻抗对其输入阻抗对前级的有载前级的有载Q值及回路阻抗有直接影响，如下图所示，这也是

59、峰值检波值及回路阻抗有直接影响，如下图所示，这也是峰值检波器的主要缺点器的主要缺点。 检波器的输入电阻检波器的输入电阻R i是为研究检波器是为研究检波器对其输入谐振回路影响的大小而定义的，对其输入谐振回路影响的大小而定义的，因而，因而，R i是对载波频率信号呈现的参量是对载波频率信号呈现的参量。若设输入信号为等幅载波信号若设输入信号为等幅载波信号 中放末级+u i_R itUuimi0cos U o iimRU22LR LRU20，应全部转换为输出端负载电阻应全部转换为输出端负载电阻上消耗的功率上消耗的功率 如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，如果忽略二极管导通电阻上的损耗功率，则由能量守恒的

60、原则，输入到检波器的高频则由能量守恒的原则，输入到检波器的高频功率功率(注意为直流注意为直流)LiimRURU2022 0UUim LiR21R 即有即有而而(3) 非线性失真非线性失真(4) 频率失真频率失真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Cc和滤波电容和滤波电容C所引起的。所引起的。Cg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，Cg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