高频电子线路(第七章振幅调制与解调)

1、第七章振幅调制(调幅)与解调基础知识：非线性及混频电路1本章主要内容n7.1 概述n7.2 标准调幅波的原理和特点n7.3 低电平调幅电路n7.4 高电平调幅电路n7.5 单边带信号的特点和产生方法n7.6 包络检波(非相干解调)电路n7.7 同步检波(相干解调)原理n7.8 残留边带调制解调简介27.1 概述概述n7.1.1 调制的作用n7.1.2 调制的分类n7.1.3 调幅与混频本质的一致性n7.1.4 调幅电路的分类37.1.1 调制的作用调制的作用n调制的作用主要有2个作用1：在无线通信中，为了便于信号发射（天线不能太长，而只有当天线长度与波长相当时才能将电磁波辐射出去），将低频的原

2、始信息（如语音）调制到高频段。作用2：提高信道的利用率n通过频域复用n通过先进的调制技术同学们将在同学们将在通信原理通信原理课程中详细学习课程中详细学习4调制解调在无线通信系统中的位置音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器调制信号载波信号已调波5(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。 (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。67.1.2 调制的分类调制的分类n按调制信号来

3、分模拟(信号)调制（本课程涉及的主要是此类调制）数字(信号)调制（通信原理将详细介绍）n按调制方法（载波表达式中携带信息的那个变量）来分振幅调制（利用载波的振幅变化携带信息）频率调制（利用载波的频率变化携带信息）相位调制（利用载波的相位变化携带信息）统称为统称为“角度调制角度调制”将在第将在第8章介绍章介绍)cos()(0tAtv调幅、调频、调相的波形示意原始信息原始信息tttt调幅信号调幅信号调频信号调频信号调相信号调相信号77.1.3 调幅与混频本质的一致性调幅与混频本质的一致性n前面讲过，混频的作用在频域上看，是对信号的频谱的搬移。例如从天线上收到1000kHz的信号，用“超外差”接收机

4、接收，会使用1000+465=1465kHz的本振与之混频，将信号从1000kHz的高频段，搬移至465kHz(差频)的中频段，以便于放大处理在这里，由于差频肯定小于原高频信号，所以起到了“向低处搬移频谱”的作用87.1.3 调幅与混频本质的一致性调幅与混频本质的一致性n反之，如果我们想让一个较低频率(通常小于4kHz)的原始语音信息调制到高频(如1000kHz)，以便天线发射，那么我们只要将频率为4kHz的语音信息与996kHz的信号混频，输出端取和频（996+4=1000kHz），即达到了调制目的。n可见调制与混频使用的电路可以是完全一样的，只是输入信号不同，以及输出滤波器的选择频率不同罢

5、了。9调幅与混频的比较输入信号输出信号信号频谱搬移效果混频振幅调制天线接收的高频信号天线接收的高频信号高频本振信号高频本振信号差频差频从高频从高频中频中频麦克风产生的低频信号麦克风产生的低频信号高频载波信号高频载波信号和频和频或差频或差频或二者或二者从低频从低频高频高频107.1.4 调幅电路的分类调幅电路的分类n低电平调幅电路平方律调幅器斩波调幅器模拟乘法器调幅n高电平调幅（利用功放在过压或欠压时的特性曲线）集电极调幅（过压状态下Vcm随VCC线性变化）基极调幅（欠压状态下Vcm随VBB线性变化）11127.2 标准调幅波的原理和特点标准调幅波的原理和特点一、调幅波的数学表达式一、调幅波的数

6、学表达式载波的振幅随调制信号的变化规律而变化；载波的频率和相位保持不变。变化的大小与调制信号的的强度成正比；变化的周期与调制信号的周期相同。13则 调幅波信号为00( )(cos)cosav tVk Vtt000(1cos)cosak VVttV00(1cos)cosaVmtt0() tVtcos)(v设 调制信号000( )costVtv 载波信号 称为调幅指数或调幅度，调幅波的主要参数之一。0aak VmV7.2 标准调幅波的原理和特点标准调幅波的原理和特点一、调幅波的数学表达式一、调幅波的数学表达式14二、标准调幅波的波形图二、标准调幅波的波形图0(cos)aVkVttVkacos调制信

7、号表达式tVtvcos)(000( )cosv tVt载波信号表达式标准调幅波信号表达式0V0V调制信号t)(tv0t载波0( )v t0tVcosak0V )(tv0costt调幅波信号)(tv000( )(cos)cosav tVk Vtt0V15max0(1)aVVm0Vmin0(1)aVVm0am V0am Vt000( )(1cos)cosav tVmtt调幅波maxmin01()2aVVmVt)(tv00Vt0000( )costVtv0( )(1cos)aV tVmt振幅1cost1cost0costt)(tv0t)(tv0max00min00VVVVVV00,aamm VV体现

8、了包络的振幅对载波的振幅这个电压空间的利用程度 故称调幅度。调幅指数（又称调幅度）的概念例题例题7.1（2006年试题）年试题）max5VVmin1VVt_,am所示标准调幅的已调波如图maxmin0:3( )2VVVV解法一0min03 1233aVVmV32:minmaxminmaxVVVVma解法二1617调幅度变化时，已调波的变化调幅度0aak VmVt( )ak vt00V0( )vt0t0am（1）当未调幅10am（2）当正常调幅t)(tv0t)(tv0182022-2-24180V0( )vt0tt( )ak vt0最大调幅(百分之百)1am（3）当过调幅 实际电路中必须避免。1

9、am（4）当)(tv0tt0)(tv19最大调幅(百分之百)过调幅未调幅正常调幅10am0am 1am 1am 结论： 反映调幅的强弱程度， 越大，调幅越深。一般0 1。amamam20三、调幅波的频谱和带宽三、调幅波的频谱和带宽1. 简谐信号的调幅波00( )(1cos)cosav tVmtt00000011coscos()cos()22aaVtm Vtm Vt可见，可见，调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率调幅波并不是一个简单的正弦波，包含有三个频率分量：分量：载波分量（ ）：0不含传输信息上边频分量（ ）：0含传输信息下边频分量（ ）：0 含传输信息21 调制信号0载波0+上边频

10、012am V0 - 下边频012am V（1 1）调幅过程是一种）调幅过程是一种线性频谱变换过程线性频谱变换过程。调幅波0V0 （2）调幅波所占频带宽度）调幅波所占频带宽度B=2 。三、调幅波的频谱和带宽三、调幅波的频谱和带宽1. 简谐信号的调幅波22三、调幅波的频谱和带宽三、调幅波的频谱和带宽2. 限带信号的调幅波1122( )coscoscosmmnmnntVtVtVt v设 调制信号则调幅波信号011220( )(1coscos)cosv tVmtmtt 001coscosnnnVmtt000011coscos()cos()22nnnnnVtmtmt000011coscos()cos(

11、)22nnnnnnVtmtmt230-max 下边频带0-min 调制信号0载波0 - 下边频0V0max min 0+上边频上边频带0+max0+min 调幅波所占的频带宽度等于调制信号最高频率的两倍 。max2B 限带信号调幅波三、调幅波的频谱和带宽三、调幅波的频谱和带宽2. 限带信号的调幅波24三、调幅波的频谱和带宽三、调幅波的频谱和带宽2. 限带信号的调幅波以广播通信为例语音信号频率：300-3400Hz。标准调幅波信号带宽：6800Hz。我国规定每电台带宽为：9kHz。四、标准调幅波的功率关系四、标准调幅波的功率关系tVmtVmtVtvaa)cos(21)cos(21cos)(000

12、000已调波设它输出到一个电阻设它输出到一个电阻R上，则输出功率由三部分组成：上，则输出功率由三部分组成：载波功率载波功率RVPoT2021上边频功率上边频功率RVmPa20)21(210TaPm0241下边频功率下边频功率RVmPa20)21(210TaPm0241201(1)2oaTPmP总功率25例题例题7.2tttv21cos3cos4)(调制信号ttv00cos10)(载波1,ak且进行标准调幅求（1）已调波的表达式；（2）各个频率分量的调制系数ma1，ma2；（3）边频功率（上下边频功率之和）与载波功率之比。26例题例题7.2(解解)ttVktVkVtvaa022110cos)co

13、scos()(已调波ttt021cos)cos3cos410(ttt021cos)cos3 . 0cos4 . 01 (103 . 04 . 02211aamm的调制指数频率分量；的调制指数频率分量TaPmPP021114100TaPmPP022224100125. 02121212122210022021aaTTaTammPPmPm载波功率总边频功率2728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，从有效地利用发射的功率不含信息，从有效地利用发射机功率来看，普通调幅波是很不经济的。机功率来看

14、，普通调幅波是很不经济的。四、标准调幅波的功率关系四、标准调幅波的功率关系0-max 下边频带0-min 调幅波0载波0+max上边频带0+min 调幅波的分类调幅波的分类n标准调幅波n抑制载波的双边带调幅波(DSB-SC)n单边带调幅波（SSB）n残留边带调幅波（VSB）29标准调幅波（标准调幅波（AM）频谱）频谱原始信息频谱原始信息频谱和频和频载波信号频谱载波信号频谱0AM信号频谱信号频谱0差频差频包括三部分：载波、和频（上边频）、差频（下边频）包括三部分：载波、和频（上边频）、差频（下边频）30缺点：功率利用率太低。抑制载波的双边带调幅波抑制载波的双边带调幅波(DSB-SC)和频和频AM

15、 信号频谱信号频谱0差频差频仅包括两部分：和频（上边频）、差频（下边频）仅包括两部分：和频（上边频）、差频（下边频）由于纯载波不含任何信息,所以为了节省辐射能量,可将纯载波抑制掉标准AM就变成了DSB-SC信号DSB-SC31max2DSBB单边带调幅波（单边带调幅波（SSB）频谱）频谱上边频上边频DSB-SC信号频谱信号频谱下边频下边频所占频带比较宽所占频带比较宽,而且上下边频完全对称而且上下边频完全对称,所含信息完全一样所含信息完全一样如果只留一个边频，则可节省一半频率资源如果只留一个边频，则可节省一半频率资源滤波器特征曲线滤波器特征曲线 SSB剩下的上（或下）边频信号称为单边带调制信号剩

16、下的上（或下）边频信号称为单边带调制信号0需要注意的是单边带的滤波器的中心频率不再是载波频率需要注意的是单边带的滤波器的中心频率不再是载波频率032maxSSBB33 残留边带调幅(记为VSB AM)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。 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。在广播电视系统中图像信号就是采用残留边带调幅。残留边带调幅波（残留边带调幅波（VSB）7.3 低电平调幅电路低电平调幅电路34 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调幅信号，得到所要求功率的调幅波。 重

17、点是提高调制的线性，减小不需要的频率分量的产生和提高滤波性能。n由于调幅与混频的本质是一致的，所以同学们可以发现，调幅电路与混频电路有很多相似之处，分为平方律调幅及平衡调幅（对应于平衡混频器）斩波调幅（对应于环形混频器）模拟乘法器调幅（对应于模拟乘法器混频器）7.3.1 平方律调幅和平衡调幅平方律调幅和平衡调幅n平方律调幅原理v0v+平方律器件y = a2x2+a1x+a0202)(vva)(01vva0atVtvcos)(设调制信号tVtv000cos)(载波根据第四章的知识，可知产生的频率分量有根据第四章的知识，可知产生的频率分量有00022直流、 、 、 、B=2202000从频谱可见平

18、方律调幅从频谱可见平方律调幅产生的是标准的调幅波产生的是标准的调幅波35平衡调幅电路平衡调幅电路vv0v平方律二极管平方律二极管平方律二极管平方律二极管RRi12020101)()(vvbvvbbii22201020()()ibb vvb vv+vout_RiRivout2142021vvbvbRtVtvcos)(设调制信号tVtv000cos)(载波)cos)(cos(2cos20021tVtVbtVbRvout积化积化和差和差)cos()cos(cos20020021tVVbtVVbtVbRvout 00B=2从频谱可见平衡调幅产生的是抑制载从频谱可见平衡调幅产生的是抑制载波的双边带的调幅

19、波（波的双边带的调幅波（DSB-SC）367.3.2 斩波电路斩波电路n根据第4章知识，设计一个开关电路S(t)， 当载波信号正半周期S(t)=1; 当载波信号负半周期S(t)=0;n则S(t)与v(t)的乘积中将含有差频与和频分量；v由载波由载波控制的控制的开关电路开关电路以载频以载频为中心的为中心的滤波器滤波器上下边频上下边频由于开关电路的时断时续，此处波形呈由于开关电路的时断时续，此处波形呈“被斩断被斩断”的波形，故称斩波电路的波形，故称斩波电路37开关函数：tt0cost)(tS展开所以可以用付立叶级数为一周期函数,)(tS0001222( )coscos3cos5235S tttt3

20、8不对称开关电路获得调幅电路不对称开关电路获得调幅电路v0v二极管电桥斩波调幅电路二极管电桥斩波调幅电路0,0v载波 正半周期 四个二极管全部导通导通的二极管近似短路 输出为 ；0,vv载波 负半周期 四个二极管全部截止截止的二极管近似开路 输出为39波形图见图7.4.240tt0cost( )S t000444( )coscos3cos535S tttt41( )( )()2TS tS tS t开关函数：42 D1 Tr1 Tr2 iL D4 D3 21:1 v0 21:1 v RL v v + v0 + v + D2 + + 二极管环形调幅电路二极管环形调幅电路其原理见第其原理见第4章，只

21、不章，只不过输入信号不同、最后过输入信号不同、最后选择的频率不同而已选择的频率不同而已42波形图见图7.4.3对称开关电路获得调幅电路对称开关电路获得调幅电路43斩波调幅输出的调幅波类型斩波调幅输出的调幅波类型0004( )( )35.S tS t在第 章我们学过、的频谱中含有、 、000( )( )( )( )35.vtS tvtS t、的频谱中含有: 、30-3+0-0+从频谱可见斩波调幅产生的也是从频谱可见斩波调幅产生的也是抑制载波的双边带的调幅波（抑制载波的双边带的调幅波（DSB-SC）44课堂作业n教材351页n习题7.5n习题7.645习题习题7.5习题习题7.67.3.3 模拟乘

22、法器调幅模拟乘法器调幅v0v0vvk)cos)(cos(00tVtVk)cos()cos(2000ttVVk0-+从频谱可见模拟乘法器调幅产生的也是从频谱可见模拟乘法器调幅产生的也是抑制载波的双边带的调幅波（抑制载波的双边带的调幅波（DSB-SC），甚至不用滤波器），甚至不用滤波器4748DSB信号和AM信号的特点调制信号 载波o 上边频 下边频)cos)(cos(00tVtVk49DSB信号和AM信号的特点1. 包络不同( )AMvt包络正比于调制信号( )DSBvt包络正比于2. DSB信号高频载波在过零点处产生倒相波形或象，出现的半周期处有反相的现在MWv50例例7.2在下图所示的电路中

23、，调制信号在下图所示的电路中，调制信号u=Ucost，载波电压，载波电压uc=Uccosct，且，且c，二极管，二极管VD1、VD2的伏安特性相同，均为的伏安特性相同，均为从原点出发，斜率为从原点出发，斜率为gD的直线。的直线。试分析其输出电流的频率分量试分析其输出电流的频率分量，并，并说明此电路是否能实现双边带调制？说明此电路是否能实现双边带调制？n分析思路如下：n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；n求出加在二极管两端的电压uD；n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,若uc正向加到二极管两端,二极管在uc的正半周导通，为gDS

24、(ct)；若uc反向加到二极管两端，为gDS(ct-)；n分析i中的频率分量，若有fc分量，无fc分量，则可产生DSB信号(滤波后)；若有fc和fc分量，不能产生DSB，只能产生AM信号。51解： 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(SgiiiccDccDcDcDccDcccDccDccDDcDDcD

25、33442121 可以看出，i中的频率分量有fc, (2n-1)fc, 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。527.4 高电平调幅电路高电平调幅电路高电平调制高电平调制：功放和调制同时进行，主要用于AM信号。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。（2）基极调幅）基极调幅(BaseAM)（1）集电极调幅电路）集电极调幅电路(CollectorAM)根据调制信号控制方式的不同，可以分为：n集电极调幅集电极调幅在学习功放的时候我们知道，过压状态下，Vcm变化空间非常有限（只能从

26、(VCC-VCsat )至VCC变化） ，可以认为约等于VCC，此时如果我们让VCC是一个变量（随v变化而变化），则输出信号振幅Vcm将随着VCC的变化而变化，从而实现调幅的作用。 vb(t) + + + VBB + VCC(t) + vCE vBE + L C vo v + CCV临界临界过压区过压区欠压区欠压区0CI1cmI53集电极调幅示意图集电极调幅示意图临界临界过压过压欠压欠压VCCv(t)VCC(t)Icm1(t)icvCVCCv(t)ict基 频基 频成分成分tvC(t)tvBEmax同理其他度设为了示意图的清晰cc90,虽然过压时输出电虽然过压时输出电流都有凹顶流都有凹顶但是其

27、高度会随着但是其高度会随着VCC的改变而改变的改变而改变从而使得从而使得Icm1改变改变进而使得进而使得Vcm改变改变54集电极调幅的优缺点n优点：工作于过压状态，效率较高n缺点：调制信号v未经放大就输出了，所以一定要注入功率较大 0 0 (a) (b ) 欠 压 状 态 过 压 状 态 VC C 欠 压 状 态 过 压 状 态 VC C Ic0 Icm 1 Po P= Pc 55 vb(t) + + + VBB + VCC(t) + vCE vBE + L C vo v + n基极调幅基极调幅p在学习功放的时候，我们也学过，如果只改变Vbm时，且当功放处于欠压时，Icm1会随着Vbm的增长而

28、线形增长。bmV临界临界欠压区欠压区过压区过压区0CI1cmI56基极调幅电路nVbm并不容易调整，但我们可以调整VBB，起到调整输入电压的作用，从效果上与调整Vbm是一样的 C vb(t) Vcc + L + VBB v + + + VBB(t) Vcc vo(t) 57基极调幅示意图icvCvBmax临界临界过压过压欠压欠压VBBv(t)VBB(t)Icm1(t)vCt基 频基 频成分成分tictv(t)变化随当)(tvVBBmaxBbmBBvVV由于max( )Bvvt将随变化高度的变化从而引起Ci的变化中基频振幅进而引起1cmCIi的变化进而引起cmV实现调幅作用58基极调幅的优缺点n

29、优点：调制信号v经过功放的放大再输出，因此不需要很高的注入功率，对调制器的小型化有利；n缺点：由于欠压状态下，功放的效率最低，因此基极调幅的效率较低。59本节需要掌握的知识要点n集电极调幅始终工作过压状态n基极调幅始终工作欠压状态n二者的优缺点607.5 单边带信号的特点和产生方法单边带信号的特点和产生方法n一、单边带信号的优缺点（重要）优点n节省功率、节省频带；缺点n需要相干解调（在下文中会解释为什么），成本较高。上边频上边频SSB信号频谱信号频谱c61二、单边带信号的产生方法n主要有三个方法滤波器法相移法修正的移相滤波法62方法一、滤波器法n一次滤波完成（理想情况）v0v平衡平衡（或乘法器

30、）（或乘法器）调幅器调幅器0带通带通滤波器滤波器00或0由于上下边频距离太近由于上下边频距离太近除非采用理想矩形滤波除非采用理想矩形滤波器才能器才能“干干净净干干净净”地地将上边频或下边频滤出将上边频或下边频滤出6364方法一、滤波器法7min030010FHzfHz设调制信号最低频率，载波频率min020.006%Ff两个边带之间的相对距离为0f不能太高4010fHz若载波频率min026%Ff则0fQ但BW=不够宽0f不能太低方法一、滤波器法n多次调制+滤波完成（低频时滤波器好设计）7 . 002 ffQ越容易实现越小越小需要的情况下可见同样的,207 . 0Qff122121经过多次调制

31、经过多次调制+滤波后，上下边频间的距离被拉开了，滤波后，上下边频间的距离被拉开了，滤波器设计难度降低了，容易实现了滤波器设计难度降低了，容易实现了65方法二、相移法tVvsin乘法器乘法器调幅器调幅器tV00sin载波ttVkVtv001sinsin)(相位增加相位增加90度度tVcos乘法器乘法器调幅器调幅器相位增加相位增加90度度tV00costtVkVtv002coscos)()cos(sinsincoscos根据三角公式+tVkV)cos(0066相移法的优缺点n优点不需要任何滤波器，因此即使上下边频距离很近也没关系。n缺点由于调制信号不是单一频率，所以对所有频率分量都严格移相90o，

32、实现起来很困难。67方法三、修正的移相滤波法tvsin乘法器乘法器调幅器调幅器t1sin低频振荡由于振幅不影响频率成分，为了清晰起见，将所有振幅都设为由于振幅不影响频率成分，为了清晰起见，将所有振幅都设为1tttv11sinsin)(乘法器乘法器调幅器调幅器相位增加相位增加90度度t1costttv11cossin)(低通低通滤波器滤波器ttv)cos()(13低通低通滤波器滤波器ttv)sin()(14乘法器乘法器调幅器调幅器t2sin高频振荡)(5tv)sin()sin(21)cos(sin)(1212125tttttv乘法器乘法器调幅器调幅器)(6tv)sin()sin(21)sin(c

33、os)(1212126tttttv+outvttvout)sin()(12ttvout)sin()(12或为载频的上边频可以看作是以)(12为载频的下边频可以看作是以)(12相位增加相位增加90度度68补充习题补充习题（2012年考题）年考题）n有一调幅波表达式为：有一调幅波表达式为：u(t)=3（1+0.3cos21000t+0.5cos41000t）cos2106tV。要求：要求：(1)画出调幅信号的频谱图，标出各频率分量及幅度；画出调幅信号的频谱图，标出各频率分量及幅度；(2)求频带宽度；求频带宽度；(3)当负载电阻为当负载电阻为1欧姆时，求载波功率、各边带功率欧姆时，求载波功率、各边带

34、功率之和、以及总功率。之和、以及总功率。72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是从高频已调波中恢复出原低频调制信号的过程。从频谱上看，解调也是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，是将高频端的信号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频谱搬移到低频端。7.6 包络检波包络检波(非相干解调非相干解调)电路电路解调过程解调过程 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 平方律包络检波平方律包络检波73检波器的技术要求：检波器的技术要求：

35、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。入调幅信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。阻抗将影响前级的工作，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改变原的变化，而不出现新的频率成分或改变原 有各频率分量间的相互关系，也即不出现有各频率分量间

36、的相互关系，也即不出现 非线性失真或线性失真。非线性失真或线性失真。 747.6 包络检波包络检波(非相干解调非相干解调)电路电路 利用某些元件的非线性特性对调幅信号进行利用某些元件的非线性特性对调幅信号进行非线性变换，实现非线性变换，实现调幅波的解调调幅波的解调(检波检波)。 非线性非线性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信号信号（或幅度包含调制信号信息的复合信号）（或幅度包含调制信号信息的复合信号） 输入输入AM信号信号检出包络信息检出包络信息7.6 包络检波包络检波(非相干解调非相干解调)电路电路n7.6.1基本电路和原理从频

37、域来理解原理n二极管是一个非线性器件n标准调幅波中有0和0+分量n这两个频率分量经过非线性器件必然产生分量nR、C为二极管检波器的负载，同时起低通滤波器的作用n合理选择C的大小，使得对于左右范围的频率呈开路，对于0左右范围的频率呈短路，使得原始信息到达R输出。VDRC+- -ui7501RC1RC从时域来理解+uD- -+- -uoiduD= ui- - uoRi充充+- -uoi放放+- -ui+- -uiVDRCui+- -Crd（1 1）当输入信号当输入信号ui(t)为调幅波时，那么载为调幅波时，那么载波正半周时二极管正向导通，输入高频电波正半周时二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对

38、电容压通过二极管对电容C充电，充电时间常数充电，充电时间常数为为rdC。因为因为rdC较小，充电很快，电容上电较小，充电很快，电容上电压建立的很快，输出电压压建立的很快，输出电压uo(t)很快增长很快增长。当当uD= ui- - uo0，二极管导通；二极管导通；当当uD= ui- - uoV0(1-ma)ttmVucaicos)cos1 (0 UR或或mindL1CR mindL1 CR 通常通常Cd取值较大取值较大( (一般为一般为510F) )，在在Cd两端的直流电压两端的直流电压UDC，大小近似等，大小近似等于载波电压振幅于载波电压振幅UDC经经R和和RL分压后在分压后在R上产生上产生的

39、直流电压为：的直流电压为： 由于由于UR对对检波检波二极管二极管VD来说来说相当于一个反向偏置电压，会影相当于一个反向偏置电压，会影响二极管的工作状态。响二极管的工作状态。在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于在输入调幅波包络的负半周峰值处可能会低于UR, 显然，显然，RL越小，越小，UR分压值越大，底部切分压值越大，底部切割割失真越容易产生；另外，失真越容易产生；另外，ma值越大，调幅波包络的振幅值越大，调幅波包络的振幅maV0越大，调幅波包络的负峰值越大，调幅波包络的负峰值V0(1- -ma)越小，底部切越小，底部切割割失真也越易产生。失真也越易产生。ui+- -CRLRVDCd+UDC

40、 - -+- -UR+u(t)- -要防止这种失真，必须要求调幅波要防止这种失真，必须要求调幅波包络的负峰值包络的负峰值V0(1- -ma)大于直流电压大于直流电压UR。即即RRRVmVL0a0)1 (避免底部切割失真的条件为：避免底部切割失真的条件为：RRRRRRRRm /LLLa式中，式中，R=RL/R为检波器输出为检波器输出端的交流负载电阻，而端的交流负载电阻，而R为直为直流负载电阻。流负载电阻。82（3）非线性失真n二极管导通时的特性也不是理想的线性，所以产生的低频成分可能不只有分量，从而造成波形的失真。n如果增大R，则使得二极管导通时的非线性减弱，从而改善波形。电流电压R增大时增大时

41、曲线被拉伸接近于直线曲线被拉伸接近于直线83（4）频率失真n如果两个电容取值不当使得频率被C短路,或频率被Cc阻止，会造成频率失真。ui+- -CVDRL+- -uRCC+UDC - -+- -uR84Cc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上上的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：的电压降不大，不产生频率失真，必须满足下列条件：LcRCmin1LCRCmin1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：RC max1RCma

42、x1 例题例题7.3二极管检波电路如下图所示，已知输入信号二极管检波电路如下图所示，已知输入信号)(102cos()102cos(6 . 01 263伏特ttViR=5k，二极管导通电阻，二极管导通电阻Rd=80,截止电压截止电压UBZ=0。求：。求：电压传输系数电压传输系数Kd；输出电压输出电压Vo的表达式；的表达式；1.保证波形不产生惰性失真的电容保证波形不产生惰性失真的电容C的最大取值。的最大取值。85例题例题7.3(解解)3cos(3RRKdd86. 0)5000803cos(3)(2 . 126 . 00VVma已调波包络的振幅为又)( 121.68 . 00VVmKad包络检波后的

43、振幅为伏特式为包络检波后的信号表达)102cos()(3ttvOa2amax1mmRC是不产生惰性失真的条件)(042.0102500016.06.011132maxa2auFRmmC86包络检波的优缺点n优点电路简单，成本低，稳定；n缺点只适用于大信号（振幅最好大于0.5V）只能解调标准调幅信号DSB-SC信号信号对于对于DSB-SC信号，信号，其包络已经不是原始其包络已经不是原始信息了，所以不能用信息了，所以不能用包络检波法解调包络检波法解调877.7 同步检波同步检波(相干解调幅相干解调幅)原理原理n同步检波(相干解调幅)与包络检波(非相干解调幅)的区别包络检波不需要在接收端恢复载波，但

44、只能恢复标准调幅波；同步检波需要在接收端使用一个频率和相位都与原始载波相同的信号来帮助恢复原始信息，可以用于解调任何类型的调幅波。88叠加型叠加型乘积型乘积型同步检波器可分为：同步检波器可分为：作用作用:主要解调主要解调DSB，SSB波，也可调解波，也可调解AM波。波。89同步解调的方法一：叠加法 相加 器包络检 波器uDSBur本地载波本地载波uuAM采用包络检波器构成同采用包络检波器构成同步检波电路，它的实现步检波电路，它的实现模型如图所示。模型如图所示。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ttUsms0coscos u本地振荡信号本地振

45、荡信号tUrmr0cos u则它们的合成信号则它们的合成信号01coscossmsrrmrmUUttUduuu故当故当smrmUU 1 rmsmaUUm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。+u rDRL C+u0+uS同步解调的方法一：叠加法已调信号0v+包络检波包络检波v0DSB-SC调幅波调幅波标准的调幅波标准的调幅波90叠加法的波形示意DSB-SC信号信号本振信号本振信号叠加信号叠加信号前半周期，二者同相，前半周期，二者同相，叠加使本振振幅增大叠加使本振振幅增大中间半个周期，二者反相，中间半个周期，二者反相，叠加使本振振幅减小叠加使

46、本振振幅减小后半周期，二者同相，后半周期，二者同相，叠加使本振振幅增大叠加使本振振幅增大使包络与原始信号一致使包络与原始信号一致9192同步解调的方法二：相乘法乘法乘法器器低通滤低通滤波器波器uDSBur本地载波本地载波u(t)ttSCDSB0coscos已调波为ttt00coscoscos相乘后为2cos1 cos210tt)2cos()2cos(41cos2100ttt原始信号原始信号高频信号高频信号t0cos同频同相的本振同步解调的方法二：相乘法已调信号0v低通低通滤波滤波v oo22 本振本振DSB-SC信号信号低通低通93相乘法的波形示意DSB-SC信号信号本振信号本振信号相乘信号相乘信号前半周期，二者前半周期，二者同相，相乘为正同相，相乘为正中半周期，二者中半周期，二者反相，相乘为负反相，相乘为负后半周期，二者后半周期，二者同相，相乘为正同相，相乘为正低通滤波恢复原始信号低通滤波恢复原始信号94相干解调如果本振与发送端载波不同频或不同相会怎样？ttSCDSB0coscos已调波为)cos(coscos00ttt与本振相乘后为)2cos()cos(cos210ttt)2cos()2cos(41)cos(cos2100tttt原始信号产生失真原始信号产生失真9596 由上分析得到