w第5章-3调幅信号解调

1、高频电路高频电路第第5.5 包络检波电路包络检波电路概述：概述：调幅信号的解调是振幅调制的相反过程，是从高调幅信号的解调是振幅调制的相反过程，是从高频已调信号中取出调制信号。通常将这种解调称频已调信号中取出调制信号。通常将这种解调称为检波。完成这种解调作用的电路称为振幅检波为检波。完成这种解调作用的电路称为振幅检波器，一般简称检波器。器，一般简称检波器。高频电路高频电路检波电路的功能检波电路的功能振幅检波器的功能是从调幅信号中不振幅检波器的功能是从调幅信号中不失真地解调出原调制信号（包络）失真地解调出原调制信号（包络）高频电路高频电路从信号的频谱来看，检波电路的功能是将已调波的边频或边带信号频

2、谱搬移到原调制信号的频谱处。与振幅调制的频谱搬移过程相反。高频电路高频电路检波检波电路的分类电路的分类包络检波：是指检波器的输出电压直接反映输入高频调幅波包络变化规律的一种检波方式。适用于普通调幅波的解调。同步检波：主要是用于双边带调幅波和单边带调幅波的检波,其它调幅波也可。高频电路高频电路检波电路的组成检波电路的组成调幅信号的频谱由载频和边频分量组成，它包含有调制信号的信息，但并不包含调制信号本身的频率分量。其频谱由载频i和边频i+、i-组成，它没有包含调制信号本身的频率分量。为了解调出原调制频率，检波器必须包含有非线性器件，以便调幅信号通过它产生新的频率分量，其中包含有所需要的分量，然后由

3、低通滤波器滤除不需要的高频分量，取出所需要的调制信号。高频电路高频电路5.5.1 检波电路的主要技术指标检波电路的主要技术指标1、电压传输系数、电压传输系数Kd检波电路的电压传输系数是指检波电路的输出电压和输入高频电压振幅之比。imamdiaimiimodiimiUmUKttmUtuUUKtUtucos)cos1 ()(cos)(输入为高频等幅波：输入为高频调幅波：高频电路高频电路2、等效输入电阻、等效输入电阻mimidIUR1为什么要考虑等效输入电阻？为什么要考虑等效输入电阻？检波器往往与前级高频放大器的输出端连接，检波器往往与前级高频放大器的输出端连接，检波器的等效输入电阻作为放大器的负载

4、影响检波器的等效输入电阻作为放大器的负载影响放大器的电压增益和通频带。放大器的电压增益和通频带。高频电路高频电路3、非线性失真系数、非线性失真系数KfUUUKf23224、高频滤波系数、高频滤波系数FimomUFU输入高频电压的振幅输出高频电压的振幅(50100)F 通常要求高频电路高频电路5.5.2 二极管大信号包络检波器二极管大信号包络检波器大信号包络检波是高频输入大信号包络检波是高频输入信号的信号的振幅最小大于振幅最小大于0.5V。利用二极管两端加正向电压利用二极管两端加正向电压时导通，通过二极管对电容时导通，通过二极管对电容C充电；充电；加反向电压时截至，电容加反向电压时截至，电容C上

5、上电压对电阻电压对电阻R放电这一特征实放电这一特征实现检波的。现检波的。因信号振幅较大，认为二极因信号振幅较大，认为二极管工作于导通和截至两种状管工作于导通和截至两种状态，所以其分析方法可采用态，所以其分析方法可采用折线分析法。折线分析法。didubzUdgddbzdbzdbzdddrgUuUuUugi/10)(高频电路高频电路1、大信号检波的工作原理、大信号检波的工作原理充电时间常数：rd C放电时间常数：RCrd C RC当输入高频等幅波：输出电压uo(t)起伏很小，可近似认为是直流，即等幅波的包络线。高频电路高频电路当输入为调幅波信号时，其过程与等幅波当输入为调幅波信号时，其过程与等幅波

6、相似，相似，输出电压输出电压uo(t)的变化规律的变化规律正好与正好与输入输入信号的包络信号的包络相同。相同。高频电路高频电路2、大信号检波器的分析、大信号检波器的分析cos)0(dbzddiooimidddbzbzuUiuuuuUtuguUU ，首先假设输入信号是高频等幅波。高频电路高频电路0120011012,coscos2cos( )( )( )1 sincos( )P?1cos1sincos( )1cos2 sincoscossin( )(1)(1cos )diMdmiminmiMmMnmMnniIiIItItIntIIIIIInnnn n 为频率为的周期余弦尖顶脉冲 通角最大值，关于

7、推导见高频电路高频电路00()(cos),(cos)00,()(1)(1cos)1 sincoscos1( )(1cos)1cosodddbzdoimibziddoimbzidobzMdoimbzdimdimimMdimbzimiguUguUtUtiguUUtuUUIiuUIguUUg Ug UUIg U当时，得：当时最大为：，中间结果111sinc(sincos)1(sos( )(1cos)incos1o)c sMdimimdmimdUrUg UrII 与输出电压有关在求输入等效电阻时用高频电路高频电路003531(sincos)(sincos)cos() 012631315imdoimdo

8、imimobzddobzbzdIUrRuI RUruRUUtguUrruUUtgRRtgrRid两边同时除后：，或, ，后面求时用当，泰勒级数展开忽略高次项，得：，结果I0idcosobzimuUU高频电路高频电路结论结论33Rrd通角仅与检波器的电路参数rd和R有关，而与输入高频信号的振幅Uim无关。即是说，在检波器的电路确定之后，无论输入高频等幅波还是调幅波，其通角均保持不变。该结论的两个前提：1、很小，即要求rd R2、Ubz=0，可采用给检波电路 加固定偏压的方法来获得。高频电路高频电路输出电压33coscoscoscos(1cos) cos(1cos) cc ssoodobzimim

9、bziimioimiimaiooimaimrRuUUUUuUtuUuUmtuUmUtut输由 中 间 结 果 ：讨 论 ：（ 1） 当 输 入 为 等 幅 高 频 波输 出 ：， 为 直 流 电 压（ 2） 当 输 入 为 调 幅 波输 出 ：，用 大 电 容 隔 直 后 ， 输 出 为 频 率出为：的 正 弦 波高频电路高频电路3、大信号检波器的技术指标、大信号检波器的技术指标（1）电压传输系数）电压传输系数coscos ()cos(1cos)cos(1cos)cos ()coscosiimiooimodimiimaioimamimadaimaimuUtuUUUKUuUmttuUmtUU m

10、Km Um U当输入为等幅高频波:当输入为调幅波直流电压频率为波:的正弦高频电路高频电路（2）等效输入电阻）等效输入电阻Rid11322333323331(sincos)sincossincos1,31111sin11cos2!23!611()13311112(1)()2626imidmdmimddididURIrIUtgrRrtgRRtgRRRR由 定 义 ：已 知 ：， 高频电路高频电路（3）失真）失真耦合电容Cc：检波器在实现对调幅信号进行解调时，输出为一直流量叠加交流量，为了取出原调制频率，通常要有隔直电容作为耦合电容Cc与下级输入电阻RL相连接，在RL上即可取出所需的调制信号。检波器

11、失真分类检波器失真分类:频率失真频率失真非线性失真非线性失真惰性失真惰性失真负峰切割失真负峰切割失真高频电路高频电路频率失真频率失真假设输入信号是调制频率为假设输入信号是调制频率为min max （范围）的调幅波，载波频（范围）的调幅波，载波频率率i，检波器输出点，检波器输出点A点的电压点的电压频率包含频率包含直流直流、 min max，而，而输出输出B点的电压频谱包含点的电压频谱包含min max。低通滤波器低通滤波器RC的作用是滤除载波频率分量的作用是滤除载波频率分量i，保留调制频率，保留调制频率min max，应满足：，应满足： 1/(i C ) R (保留调制频率保留调制频率min m

12、ax )要求：要求：C对高频对高频i近似于短路，对低频近似于短路，对低频min max近似于开路。近似于开路。 C只能不是太小，也不是太大只能不是太小，也不是太大。高频电路高频电路频率失真频率失真（a）低通滤波器低通滤波器CR ，(R越大，高频虑得越干净越大，高频虑得越干净，但但R不能太大不能太大，太大会产生惰性失真太大会产生惰性失真)，C总会对低频总会对低频有旁路作用，不能做到完全开路，而且对不同的有旁路作用，不能做到完全开路，而且对不同的成分旁路作用不一样，各频率分量的成分旁路作用不一样，各频率分量的振幅相对值振幅相对值发生发生了变化，这样便引起了频率失真。了变化，这样便引起了频率失真。C

13、、 Cc是频率失真产生的根源频率失真根源有频率失真根源有2个：个：高频电路高频电路（b）高通滤波器）高通滤波器R LCc的的作用是滤除解调信号中的作用是滤除解调信号中的直流分量，保留调制频率直流分量，保留调制频率min max ，应满足，应满足1/(min Cc ) RL这样，这样，Cc对对min max 近近似于短路，对直流近似于似于短路，对直流近似于开路。开路。但实际上，但实际上， 在在Cc上总有电压降，而且对于不同上总有电压降，而且对于不同频率的频率的低频信号低频信号，电压降不同，同样也产生频电压降不同，同样也产生频率失真。率失真。高频电路高频电路非线性失真非线性失真didubzUdgo

14、iduuu(b)、非线性失真产生的原因(a)、非线性失真的现象(c)、输出电压起负反馈(d)、输入电压的振幅最小大于0.5 V高频电路高频电路惰性失真惰性失真问题：问题：R是不是越大越好？是不是越大越好？RC不太大时，不太大时，（a）输入等幅波情况）输入等幅波情况（b）输入调幅波情况）输入调幅波情况高频电路高频电路怎样才能确保不产生怎样才能确保不产生惰性失真呢？惰性失真呢？显然，当电容器上电显然，当电容器上电压变化的速度比调幅压变化的速度比调幅波振幅变化的速度快波振幅变化的速度快时，则不会产生惰性时，则不会产生惰性失真。失真。dtUddtduimc问题：问题：R是不是越大越好？是不是越大越好？

15、RC比较大时情况如下图：比较大时情况如下图：高频电路高频电路dtUddtduimccos(1cos) cossinimaiiimiiimaicccRccmccuUtuUmttduCiCdtdUmUtduRiRduuduuCdtRdtRCt 输 入 高 频 调 幅 波电 容放 电 电 流流 过的 电 流dd1(1cos)(1cos)cimaimaKuUmt KUmt设大信号检波器的电压传输系数(1cos)cimaduUmtdtRCimcdUduAdtdt定义：sin1cosaamtARCmt高频电路高频电路m a x22m in2m a xm a xm a x210c o s,111111aaa

16、aaaaaaAtAAtd Ad ttmmAR CmmR CmmR CmmR Cm m a x是的 函 数 , 不 产 生 惰 性 失 真 的 条 件将对求 导 , 并 令，得 到 代 人若 调 制 信 号 的 角 频 率 为sin1cosaamtARCmt降低降低max，或减小，或减小ma高频电路高频电路负峰切割失真负峰切割失真ccCLRimBACimBaimAiaimiURRRUUuuUtUutmUuttmUucoscoscoscos)cos1 (cos)cos1 (当输入调幅信号振幅的最小值当输入调幅信号振幅的最小值附近电压振幅数值小于附近电压振幅数值小于UR时，时，二极管二极管D一直截至

17、，将会产生一直截至，将会产生输出电压波形的底部被切割。输出电压波形的底部被切割。CC足够大RUD对 是直流反向偏压。高频电路高频电路负峰切割失真负峰切割失真(1co s) co sco scciimaiCimRCLuUmttUURUURRco s1(1)dimaRimLKRUmUURR假 设不 产 生 负 峰 切 割 失 真 的 条 件 :输 入 调 幅 波 的 振 幅 的 最 小 值=LaLLLRRmRRRR RRRR得CC足够大交流负载电阻直流负载电阻.aLmRRRR当 一定时， 越近于 ，负峰切割失真越不易产生。提高 需要提高 在检波器和下级放大器之间插入一级射讨论：极跟随器。高频电路高

18、频电路5.5.3 二极管小信号检波器二极管小信号检波器小信号检波是高频输入信号的最大振幅小于0.2V，利用二极管伏安特性的弯曲（非线性）部分进行频率变换，然后通过低通滤波器实现检波。通常称为平方律检波。回忆一下二极管的伏安特性，二极管电流与两端电压为指数关系。/(1)(/1dTdTuVuVdSSdTiIeI euV条 件）21112!(1)xnexxxnx 条件didubzU0高频电路高频电路1、小信号检波的工作原理、小信号检波的工作原理由于二极管伏安特由于二极管伏安特性的非线性，二极性的非线性，二极管的电流变化为失管的电流变化为失真的非对称调幅电真的非对称调幅电流流id。波形失真产生。波形失

19、真产生了新的频率，其中了新的频率，其中包含有调幅信号频包含有调幅信号频率率，经滤波后，就，经滤波后，就可以得到所需要的可以得到所需要的原调制信号。原调制信号。dQiuVu高频电路高频电路2、小信号检波器的分析、小信号检波器的分析/()/2/20120(1)(260(,)011()2!dTdTQTQiTQTiTiTiTiTuVuVdSSdVViQQQSidQiVuVVVu Vu VdSSQu ViiTTu VdDiiQiIeI eumVuVIII euuVuiI eI eeI euueVViI ebbub ubI 条件）当时，静态，当时，didubzU0VQIQ高频电路高频电路忽略高次项）(22

20、10iidububbi21221222222221222coscos(cos)cos 21cos211coscos 221212212,iimidQimiimiiQimiimQimimiimiQimimimuUtiIbUtb UttIbUtb UIb Ubb UUtb UtIb Ub UR直流(1)当输入为等幅波低通滤波，二极管的检波作用的结果为它代表二极电流增量输出电压增量为管检波作用的结果高频电路高频电路忽略高次项）(2210iidububbi2222222222222222222(1cos)cos11(1cos)221cos21(12cos)22111coscos2244iimaiimi

21、maimaaimaimaimaimcLauUmttb URb RUmttb RUmtmb RUb Rm Ub Rm Utb Rm UtCRb Rm U (2)当输入调幅波，同样低通滤波后，为此电压增量经隔直耦合在上得输出电压增量到电压为:22221coscos242imaimtb Rm Ut 但是产生了非线性失真，除分量外，还有的频率分量高频电路高频电路3、小信号检波器的主要技术指标、小信号检波器的主要技术指标RUbUmRUmbKRUbURUbKimimaimadimimimd2222222121输入为调幅波时输入为等幅波时当输入电压振幅Uim很小时，电压传输系数Kd也很小，即检波效率很低，这是小信号检波器的缺点。2222223221144aimmmfam