高频电子线路第六章振幅调制解调及混频

1、1第六章第六章 调幅、检波与混频电路调幅、检波与混频电路 （线性频率变换电路）（线性频率变换电路）6.1概述概述6.2振幅调制与解调原理振幅调制与解调原理6.3调幅电路调幅电路6.4检波电路检波电路6.5混频混频6.6倍频倍频6.7接收机中的自动增益控制电路接收机中的自动增益控制电路6.8实例介绍（实例介绍（158-159）2. 概概 述述调制电路与解调电路是通信系统中的重要组成调制电路与解调电路是通信系统中的重要组成部分。部分。 调制调制是在发射端将调制信号从低频段变换到高频是在发射端将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、不同系统的段，便于天线发送或实现不同信号源、不

2、同系统的频分复用；频分复用； 解调解调是在接收端将已调波信号从高频段变换到低是在接收端将已调波信号从高频段变换到低频段，恢复原调制信号。频段，恢复原调制信号。返回3无线电发射机和接收机框图无线电发射机和接收机框图4.概述概述在模拟系统里，按照载波波形的不同，可分为在模拟系统里，按照载波波形的不同，可分为脉脉冲调制冲调制和和正弦波调制正弦波调制两种方式。两种方式。 脉冲调制是以高频矩形脉冲为载波，用低频调制脉冲调制是以高频矩形脉冲为载波，用低频调制信号信号分别去控制矩形脉冲的幅度、宽度或位置三个分别去控制矩形脉冲的幅度、宽度或位置三个参量，分别称为脉幅调制（参量，分别称为脉幅调制（PAM），脉宽

3、调制），脉宽调制（PDM）和脉位调制（）和脉位调制（PPM）。）。 正弦波调制是以高频正弦波为载波，用低频调制正弦波调制是以高频正弦波为载波，用低频调制信号分别去控制正弦波的振幅、频率或相位三个参信号分别去控制正弦波的振幅、频率或相位三个参量，分别称为调幅（量，分别称为调幅（AM）、调频（）、调频（FM）和调相）和调相（PM）。）。返回5. .振幅调制与解调原理振幅调制与解调原理 振幅调制可分为几种不同的调幅方式：振幅调制可分为几种不同的调幅方式： 普通调幅（普通调幅（AM） 双边带调幅（双边带调幅（DSBAM） 单边带调幅（单边带调幅（SSBAM） 残留边带调幅（残留边带调幅（VSBAM）

4、正交调幅（正交调幅（QAM）返回6. . .普通调幅方式普通调幅方式. .普通调幅信号的表达式、波形、频谱和带宽普通调幅信号的表达式、波形、频谱和带宽设载波为，调制信号为单频信号设载波为，调制信号为单频信号既，则普通调幅信号为：既，则普通调幅信号为：tUtuccmccos)()(cos)(cmtUtuttkUUtucmcmAMcos)cos()(ttMUcacmcos)cos1 (其中调幅指数其中调幅指数10 ,acmmaMUUkMk k为比例系数。为比例系数。还可以得到调幅指数的表达式：还可以得到调幅指数的表达式：cmcmcmcmaUUUUUUUUUUMminmaxminmaxminmax动

5、画动画演示演示，76.2.1 普通调幅方式普通调幅方式图图6.2.1 普通调幅波形和频谱普通调幅波形和频谱8. . . 普通调幅方式普通调幅方式v显然显然, , 当当Ma1时时, , 普通调幅波的包络变化与调制信普通调幅波的包络变化与调制信号不再相同号不再相同, , 产生了失真产生了失真, , 称为称为过调制过调制, , 如图如图6.2.2所所示。所以示。所以, , 普通调幅要求普通调幅要求Ma必须不大于必须不大于1，即，即Ma1 。9)cos()cos(2cos)(ttUMtUtucccmaccmAMRUPcmc221若单频调幅信号加在负载若单频调幅信号加在负载R R上上, ,载频分量产生的

6、平均功率：载频分量产生的平均功率：两个边频分量产生的平均功率相同，均为：两个边频分量产生的平均功率相同，均为：cacmaSBPMUMRP2241221调幅信号总平均功率：调幅信号总平均功率：caSBcavPMPPP22112式（式（6.2.16.2.1）又可以写成：）又可以写成：10. . .普通调幅方式普通调幅方式一般调幅信号的波形和频谱一般调幅信号的波形和频谱11. .普通调幅信号的产生和解调方法普通调幅信号的产生和解调方法( )1coscosAMmcmccmkutUtUtU cmcUkktutuk11),()(1 图图6.2.4 6.2.4 低电平调幅原理图低电平调幅原理图ttkUUtu

7、cmcmAMcos)cos()(12非线性器件输出电流为非线性器件输出电流为:)()()(1tKtguticAMo11) 12cos() 12(2) 1(21cos)cos1 (ncncacmtnnttMgU普通调幅信号的解调方法有两种，即普通调幅信号的解调方法有两种，即包络检波包络检波和和同步检波同步检波。（）包络检波（）包络检波 利用普通调幅信号的包络反映了调制信号波形利用普通调幅信号的包络反映了调制信号波形变化这一特点，如能将包络提取出来，就可以恢复原来的调制信变化这一特点，如能将包络提取出来，就可以恢复原来的调制信号，这就是包络检波原理。下图给出了包络检波的原理图。号，这就是包络检波原

8、理。下图给出了包络检波的原理图。 图图6.2.5 6.2.5 包络检波原理图包络检波原理图1314同步检波可由同步检波可由乘法器乘法器和和低通滤波器低通滤波器实现实现,其原理如下图其原理如下图:同步检波原理图同步检波原理图设输入普通调幅信号为设输入普通调幅信号为tUtucrmrcos)(乘法器另一输入同步信号为乘法器另一输入同步信号为: :ttkUUtucmcmAMcos)cos()(2)(2)同步检波同步检波 同步检波必须采用一个与发射端载波同频同同步检波必须采用一个与发射端载波同频同相相( (或固定相位差或固定相位差) )的本地载波，称为的本地载波，称为同步信号同步信号。15ttMUUkt

9、utuktucarmcmrAMo222cos)cos1 ()()()(2)2cos(2)2cos(2coscos122tMtMttMUUkcacacarmcm乘法器输出为乘法器输出为:其中其中2k是乘法器增益。是乘法器增益。 综上所述，综上所述，包络检波与同步检波都是利用普通调幅信号中的包络检波与同步检波都是利用普通调幅信号中的边频分量边频分量c与载波信号分量与载波信号分量c进行处理进行处理, 其其差频差频就是调制就是调制信号的频率分量信号的频率分量 。 166.2.2 6.2.2 双边带调幅方式双边带调幅方式设载波为设载波为tUtuccmccos)(,单频调制信号为单频调制信号为)(cos)

10、(cmtUtu,则双边带调幅信号为则双边带调幅信号为:ttUkUtutkutuccmmcDSBcoscos)()()()cos()cos(2ttUkUcccmm其中其中k k为比例系数为比例系数双边带调幅信号的特点双边带调幅信号的特点此动画显示了单频调制双边带调幅信号此动画显示了单频调制双边带调幅信号的有关波形与频谱图的有关波形与频谱图.此动画显示了相位突变此动画显示了相位突变17(a)(b)u(t)uc(t)0uDSB(t)00ttt000ccc图图6.2.7 DSB-AM波形及频谱波形及频谱18ttUUkUktutuktuccmmrmrDSBo222coscos)()()(tttUUkUk

11、cccmmrm)2cos(21)2cos(21cos22其中是乘法器增益其中是乘法器增益2k返回. .双边带调幅信号的产生与解调方法双边带调幅信号的产生与解调方法同步信号为同步信号为tUtucrmrcos)(，则乘法器输出为：则乘法器输出为： 用低通滤波器取出低频分量用低通滤波器取出低频分量, 即可实现解调。将式即可实现解调。将式(6.2.10)所示双边带信号取平方所示双边带信号取平方, 则可以得到频率为则可以得到频率为2c的分量的分量, 然后经二然后经二分频电路分频电路, 就可以得到就可以得到c分量。分量。 这是从双边带调幅信号中提取这是从双边带调幅信号中提取同步信号的一种方法。同步信号的一

12、种方法。196.2.3 6.2.3 单边带调幅方式单边带调幅方式单边带调幅方式是指仅发送上、下边带中的一个单边带调幅方式是指仅发送上、下边带中的一个.如以发送如以发送上边带为例，则单频调制单边带调幅信号为：上边带为例，则单频调制单边带调幅信号为：tUkUtuccmmSSB)cos(2)(由上式可见，单频调制单边带调幅信号是一个角频率为由上式可见，单频调制单边带调幅信号是一个角频率为c的单频正弦波信号，但是，一般的单边带调幅信号波形却比较的单频正弦波信号，但是，一般的单边带调幅信号波形却比较复杂不过有一点是相同的，即单边带调幅信号的包络已不能复杂不过有一点是相同的，即单边带调幅信号的包络已不能反

13、映调制信号的变化单边带调幅信号的带宽与调制信号带宽反映调制信号的变化单边带调幅信号的带宽与调制信号带宽相同，是普通调幅和双边带调幅信号带宽的一半相同，是普通调幅和双边带调幅信号带宽的一半 产生单边带调幅信号的方法主要有：产生单边带调幅信号的方法主要有：.滤波法滤波法.相移法相移法.相移滤波法相移滤波法返回（6.2.12）20v1 1 滤波法滤波法 这种方法是根据单边带调幅信号的频谱特点这种方法是根据单边带调幅信号的频谱特点, , 先产先产生双边带调幅信号生双边带调幅信号, , 再利用带通滤波器取出其中一个边再利用带通滤波器取出其中一个边带信号。滤波法原理见图带信号。滤波法原理见图6.2.8。

14、由由图图6.2.7(b)所示双边带调幅信号频谱图可以推知所示双边带调幅信号频谱图可以推知, , 对于频谱范围为对于频谱范围为minmax的一般的一般调制信号调制信号, , 如如min很很小小, 则上、下两个边带相隔很近则上、下两个边带相隔很近, 用滤波器完全取出用滤波器完全取出一个一个边带而滤除另一个边带是很困难的。边带而滤除另一个边带是很困难的。 2122v 由上式可知由上式可知, 只要用两个只要用两个90相移器分别将调制信号和相移器分别将调制信号和载波信号相移载波信号相移90, 成为成为sint和和sinct, 然后进行相乘和然后进行相乘和相减相减, 就可以实现单边带调幅就可以实现单边带调

15、幅, 如图如图6.2.9所示。所示。 v 显然显然, 对单频信号进行对单频信号进行90相移比较简单相移比较简单, 但是对于一个但是对于一个包含许多频率分量的一般调制信号进行包含许多频率分量的一般调制信号进行90相移相移, 要保证要保证其中每个频率分量都准确相移其中每个频率分量都准确相移90是很困难的。是很困难的。 2 2 相移法相移法 这种方法是基于单边带调幅信号的时域表达式。式这种方法是基于单边带调幅信号的时域表达式。式(6.2.12)(6.2.12)所示单频单边带调幅信号可写成所示单频单边带调幅信号可写成: :uSSB(t)= )sinsincos(cos2ttttUkUcccmm2324

16、v3 3 相移滤波法相移滤波法 滤波法的缺点在于滤波器的设计困难。滤波法的缺点在于滤波器的设计困难。 若调制信号频若调制信号频率范围率范围为为FminFmax, 则上下边带间隔为则上下边带间隔为2Fmin。如果要求滤波。如果要求滤波器取出一个边带而滤除另一个边带器取出一个边带而滤除另一个边带, 则过渡带宽度就是则过渡带宽度就是2Fmin。 当滤波器的过渡带宽度固定当滤波器的过渡带宽度固定, 则工作频率越高则工作频率越高, 要求衰减要求衰减特性越陡峭特性越陡峭, 实现越困难。实现越困难。 举个例子，设过渡带宽度举个例子，设过渡带宽度2Fmin=1kHz，要求在过渡带内，要求在过渡带内衰减衰减20

17、dB, 若工作频率若工作频率fc=1MHz，则滤波器边沿的衰减特性必，则滤波器边沿的衰减特性必须为须为-46 000dB10倍频程；若工作频率倍频程；若工作频率fc=10kHz, 则要求相则要求相应的衰减特性为应的衰减特性为-500dB10倍频程。倍频程。25 相移法的困难在于宽带相移法的困难在于宽带9090相移器的设计相移器的设计, , 而单而单频频9090相移器的设计比较简单。相移器的设计比较简单。 结合两种方法的优缺点而提出的相移滤波法是一结合两种方法的优缺点而提出的相移滤波法是一种比较可行的方法种比较可行的方法, , 其原理图见图其原理图见图6.2.106.2.10。 相移滤波法的关键

18、相移滤波法的关键在于在于将载频将载频c分成分成1和和2两部两部分分, 其中其中1是略高于是略高于max的低频的低频, 2是高频是高频, 即即c=1+2, 1 2。 现仍以单频调制信号为例说明现仍以单频调制信号为例说明此法的原理。为简化此法的原理。为简化起见起见, , 图图6.2.10中中各信号的振幅各信号的振幅均表示为均表示为1 1。26图图6.2.10 相移滤波法的原理相移滤波法的原理27. . .残留边带调幅方式残留边带调幅方式残留边带调幅是指发送信号中包括一个完整边带、载波及另残留边带调幅是指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（即残留一小部分）。这样，既比普通调幅方一个

19、边带的小部分（即残留一小部分）。这样，既比普通调幅方式节省了频带，又避免了单边带调幅要求滤波器衰减特性陡峭的式节省了频带，又避免了单边带调幅要求滤波器衰减特性陡峭的困难，发送的载频分量也便于接收端提取同步信号。困难，发送的载频分量也便于接收端提取同步信号。残留边带调幅发送和接收滤波器幅频残留边带调幅发送和接收滤波器幅频(a)发送发送 (b)接收接收返回28 广播电视系统中的残留边带信号频谱广播电视系统中的残留边带信号频谱 29例例6.1 调制信号频率范围为调制信号频率范围为300Hz4kHz，分别采用普通，分别采用普通 调幅（平均调幅指数调幅（平均调幅指数3 . 0aM调幅三种方式，如要求边带

20、功率为调幅三种方式，如要求边带功率为10W，分别求出每种分别求出每种调幅方式的频带宽度、发射总功率调幅方式的频带宽度、发射总功率avP及功率利用率及功率利用率总平均功率边带功率。 ）、双边带调幅和单边带双边带调幅和单边带解：普通调幅：由式（解：普通调幅：由式（6.2.6）可得边带功率）可得边带功率WPPPccSB103 . 021122故故 WPc222045. 010 所以所以 WPPPSBcav2322返回30%3 . 423210 kHzFBW82max双边带调幅：双边带调幅： WPPSBav102 %1001010 kHzFBW82max单边带调幅：单边带调幅： WPPSBav10 %

21、1001010 kHzFBW4max返回31 返回. .5.5正交调幅（正交调幅（QAM）1.正交调幅信号的特点正交调幅信号的特点 正交调幅信号是正交调幅信号是两个频率相同但相位差两个频率相同但相位差为为90度度的的正弦载波，以双边带调幅的方法同时传送两路正弦载波，以双边带调幅的方法同时传送两路相互独相互独立立信号的一种特殊调制方式信号的一种特殊调制方式32 图图6.2.13 (a)6.2.13 (a)正交调幅原理图正交调幅原理图33 可见，正交调幅是一种可见，正交调幅是一种频带复用技术频带复用技术，两路双边带调幅，两路双边带调幅信号在频带上相互重叠，总频带宽度由其中频带较宽的一信号在频带上相

22、互重叠，总频带宽度由其中频带较宽的一路信号决定。若两路信号带宽相同，则总带宽与单路信号路信号决定。若两路信号带宽相同，则总带宽与单路信号带宽相同。带宽相同。 所以，所以， 正交调幅的最大优点是节省传输带宽。正交调幅的最大优点是节省传输带宽。 3411111222221122( )( )cos11cos(coscos2cossin2)22( )( )sin11cos(coscos2coscos2)22QAMccmcmccQAMccmcmccu tuttU UtUUttUttu tuttUUtUUttUtt 2.正交调幅信号的解调方法正交调幅信号的解调方法 对正交调幅信号分别用两个相差为对正交调幅

23、信号分别用两个相差为900的本地载波的本地载波进行进行同步检波同步检波，就可以恢复原来的两路调制信号。，就可以恢复原来的两路调制信号。35 图图6.2.136.2.13（b b）正交解调原理图）正交解调原理图90相 移cosctu(t)sinctu(t)uI(t)uQ(t)uQ AM(t)(a)(b)90相 移cosctu(t)sinctu(t)u1(t)u2(t)uQ AM(t)低 通低 通366 .3 6 .3 调幅电路调幅电路6.3.16.3.1高电平调幅电路高电平调幅电路6.3.26.3.2低电平调幅电路低电平调幅电路返回 调幅电路分为调幅电路分为高电平调幅高电平调幅与与低电平调幅低电

24、平调幅两种类型。两种类型。 高电平调幅是指在高电压状态下进行调幅，输出功高电平调幅是指在高电压状态下进行调幅，输出功率大率大。37 丙类谐振功放的调制特性分为丙类谐振功放的调制特性分为基极调制特性基极调制特性和和集电极集电极调制特性调制特性两种，据此可以分别组成两种，据此可以分别组成基极调幅电路基极调幅电路和和集电极集电极调幅电路调幅电路。现以集电极调幅电路为例，说明高电平调幅的。现以集电极调幅电路为例，说明高电平调幅的原理。原理。6.3.1 6.3.1 高电平调幅电路高电平调幅电路图图6.3.1 集电极调幅电路原理集电极调幅电路原理3839v集电极调制特性是指固定丙类谐振功放的集电极调制特性

25、是指固定丙类谐振功放的VBB和和R, 当输入一个等幅高频正弦波时当输入一个等幅高频正弦波时, 输出高频正弦波的振输出高频正弦波的振幅幅Ucm将随集电极电源电压的变化而变化。将随集电极电源电压的变化而变化。 若集电极电源电压为若集电极电源电压为VCC(t)=VCC0+u(t), 即一个固即一个固定直流电压与一个低频交流调制信号之和定直流电压与一个低频交流调制信号之和, 则根据图则根据图3.2.10, 随着随着VCC的变化的变化, 使得静态工作点左右平移使得静态工作点左右平移, 从从而使动态线左右平移。而使动态线左右平移。v当谐振功放工作在当谐振功放工作在过压过压状态时状态时, Ucm将发生变化将

26、发生变化, 近似有近似有UcmVCC (t)的关系。如输入信号为高频载波的关系。如输入信号为高频载波cosct, 输输出出LC回路调谐在回路调谐在c上，则输出信号可写上，则输出信号可写成成:uo(t)=Ucmcosct=kVCC0+u(t)cosct，其中，其中k为为比例系数。比例系数。 40 图图6.3.1是集电极调幅电路原理图。是集电极调幅电路原理图。 可见可见, 集电极调集电极调幅电路可以产生且只能产生普通调幅波幅电路可以产生且只能产生普通调幅波, 但必须工作在但必须工作在过压过压状态。状态。 高电平调幅电路的优点：高电平调幅电路的优点： 1、调幅、调幅、 功放合一功放合一, 整机效率高

27、；整机效率高； 2、可直接产生很大功率输出的调幅信号。、可直接产生很大功率输出的调幅信号。 缺点和局限性：缺点和局限性： 1、只能产生、只能产生AM信号；信号； 2、调制线性度差。例如集电极调制特性中、调制线性度差。例如集电极调制特性中Ucm与与VCC并非完全成线性关系。并非完全成线性关系。41图图6.3.2 基极调幅电路原理基极调幅电路原理图图6.3.26.3.2所示基极调幅电路所示基极调幅电路, , 需要注意的是需要注意的是, , 基极调基极调幅电路必须工作在幅电路必须工作在欠压区欠压区。42基极调制特性基极调制特性43例例 6.1 采用图采用图6.3.1所示集电极调幅电路进行普通调幅。已

28、所示集电极调幅电路进行普通调幅。已知调制信号频率范围为知调制信号频率范围为300Hz4kHz,平均调幅指数平均调幅指数Ma=0.3， UCC0=24V，IC0=25mA，集电极效率，集电极效率c=70%。求输出载波。求输出载波功率功率Pc、边带功率、边带功率2PSB、功率利用率、功率利用率SB 和频带宽度和频带宽度BW。 总功率边带功率SB44mWPMRUMPmWIUPDaDCCaCCCD276003 . 02121/)(216001025242220300 其中，其中，RD=UCC0/IC0是输出端等效直流电阻，是输出端等效直流电阻，Ma UCC0是调是调制信号平均振幅。故电源总功率为制信号

29、平均振幅。故电源总功率为P=PD+P=600+27=627 mW从而输出平均功率为从而输出平均功率为Pav=c（ PD+P ）=0.7627=438.9mW45由式（由式（6.2.6）可求得载波功率和边带功率分别为）可求得载波功率和边带功率分别为 mWPPPmWMPPcavSBaavc9 .184209 .4382420)3 . 0211 (9 .438)211 (22所以所以 kHzFBWSB82%3 . 4043. 09 .4389 .18max466.3.2 6.3.2 低电平调幅电路低电平调幅电路模拟乘法器模拟乘法器是低电平调幅电路的常用器件，它不仅可以实是低电平调幅电路的常用器件，它

30、不仅可以实现现AM，也可以，也可以实现实现DSB-AM与与SSB-AM。既可以用单片集成模。既可以用单片集成模拟乘法器来组成低电平调幅电路，也可以直接采用含有模拟乘拟乘法器来组成低电平调幅电路，也可以直接采用含有模拟乘法器部分的专用集成调幅电路。法器部分的专用集成调幅电路。1.1.单片集成模拟乘法器单片集成模拟乘法器模拟乘法器可实现输出电压为两个输入电压的线性积，典模拟乘法器可实现输出电压为两个输入电压的线性积，典型应用包括：乘、除、平方、均方、倍频、调幅、检波、混频、型应用包括：乘、除、平方、均方、倍频、调幅、检波、混频、相位检测等。相位检测等。设两个输入信号分别为设两个输入信号分别为则两信

31、号相乘后的输出信号为则两信号相乘后的输出信号为返回,cos,cos222111tUutUu12ttUkUukuuo21212121coscos2可见，乘法运算能够产生两个输入信号频率的和频与差频，这可见，乘法运算能够产生两个输入信号频率的和频与差频，这正是调幅、检波和混频等电路所需要的功能。正是调幅、检波和混频等电路所需要的功能。4748表表6.3.1 MC14系列三种型号模拟乘法器的参数典型值系列三种型号模拟乘法器的参数典型值4950v MC1596是以是以双差分电路双差分电路为基础为基础, 在在Y输入通道加入了输入通道加入了反馈电阻反馈电阻, 故故Y通道输入电压动态范围较大通道输入电压动态

32、范围较大, X通道输入电通道输入电压动态范围很小。图压动态范围很小。图6.3.3是是MC1596内部电路图。内部电路图。 MC1595是在是在MC1596中增加了中增加了X通道线性补偿网络通道线性补偿网络, 使使X通道输入动态范围增大。通道输入动态范围增大。 MC1594是以是以MC1595为基为基础础, 增加了电压调整器和输出电流放大器。增加了电压调整器和输出电流放大器。 v MC1595和和MC1594分别作为第一代和第二代模拟乘法分别作为第一代和第二代模拟乘法器的典型产品器的典型产品, 线性度很好线性度很好, 既可用于乘、除等模拟运算既可用于乘、除等模拟运算, 也可用于调制、也可用于调制

33、、 解调等频率变换解调等频率变换, 缺点是工作频率不高。缺点是工作频率不高。 5152 当当X通道输入是频率为通道输入是频率为c的单频很大信号时的单频很大信号时(大于大于260mV), 根据双差分模拟乘法器原理根据双差分模拟乘法器原理(可参看可参看例例5.4), 输出输出信号应是信号应是Y通道输入信号和通道输入信号和双向开关函数双向开关函数K2(ct)的乘积。的乘积。两种情况均可实现调幅。两种情况均可实现调幅。v MC1596工作频率高工作频率高, 常用作常用作调制调制、 解调解调和和混频混频, 通常通常X通道作为载波或本振的输入端通道作为载波或本振的输入端, 而而调制信号或已调波信号调制信号

34、或已调波信号从从Y通道输入通道输入。当。当X通道输入是小信号通道输入是小信号(小于小于26 mV)时时, 输出输出信号是信号是X、 Y通道输入信号的线性乘积。通道输入信号的线性乘积。 53545556图例图例6.2 ccc(a)(b)ccccccccc572.模拟乘法器调幅电路模拟乘法器调幅电路图图 6.3.4 MC1596组成的普通调幅或双边带调幅电路组成的普通调幅或双边带调幅电路XY58 图图6.3.4是用是用MC1596组成的普通调幅电路。由图可知，组成的普通调幅电路。由图可知，X通道两输入端通道两输入端、10脚直流电位均为脚直流电位均为6V, 可作为载波输入可作为载波输入通道；通道；Y

35、通道两输入端通道两输入端、脚之间外接有调零电路脚之间外接有调零电路, 可通可通过调节过调节50k电位器使电位器使脚电位比脚电位比脚高脚高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。调节电位器可改变调幅调节电位器可改变调幅指数指数Ma。输出端。输出端、12脚外应接调谐于载频的带通滤波器。脚外应接调谐于载频的带通滤波器。、脚之间外接脚之间外接Y通道负反馈电阻。通道负反馈电阻。 采用图采用图6.3.4的电路也可以组成双边带调幅电路的电路也可以组成双边带调幅电路, 区别在区别在于调节电位器的目的是为了使于调节电位器的目的是为了使Y通道通道、 脚之间的直流脚

36、之间的直流电位差为零电位差为零, 即即Y通道输入信号仅为交流调制信号。为了减通道输入信号仅为交流调制信号。为了减小流经电位器的电流小流经电位器的电流, 便于调零准确便于调零准确, 可加大两个可加大两个750 电阻电阻的阻值的阻值, 比如各增大比如各增大10k。596.46.4 检波电路检波电路 6.4.16.4.1包络检波电路包络检波电路 6.4.2 6.4.2 同步检波电路同步检波电路返回606.4.16.4.1包络检波电路包络检波电路1.1.工作原理工作原理 包络检波原理如图包络检波原理如图6.2.56.2.5所示。其中的非线性器件可以是所示。其中的非线性器件可以是二极管二极管, , 也可

37、以是三极管或场效应管也可以是三极管或场效应管, , 电路种类也较多。电路种类也较多。 现现以图以图6.4.16.4.1所示二极管峰值包络检波器为例进行讨论所示二极管峰值包络检波器为例进行讨论, , 其中其中RCRC元件组成了低通滤波器。元件组成了低通滤波器。 我们以时域上的波形变我们以时域上的波形变化来说明二极管峰值包络检化来说明二极管峰值包络检波器的工作原理。波器的工作原理。 由图由图6.4.16.4.1可见可见, , 加在二加在二极管上的正向电压为极管上的正向电压为u=uu=ui i-u-uo o。假定二极管导通电压为零假定二极管导通电压为零, , 且伏安特性为且伏安特性为: :图图6.4

38、.1 二极管峰值包络检波器二极管峰值包络检波器61由于，由于，故故RCCrdou上升快，下降慢上升快，下降慢除了起始几个周期外，二极管导通时间均在输入高频振荡除了起始几个周期外，二极管导通时间均在输入高频振荡信号的峰值附近，如，且时间很短，信号的峰值附近，如，且时间很短，或者说，其导通角或者说，其导通角很小。很小。54tt 76tt .检波效率检波效率imaomdUMUu tiugD0u006263二极管包络检波电路及检波波形二极管包络检波电路及检波波形641imodUUcosdRgD332.性能指标性能指标）检波效率）检波效率d由式（由式（.）可知，）可知，Dg大，则大，则越小，越小，d越大

39、越大如果考虑到二极管的实际如果考虑到二极管的实际压不为零，以及充电电流在二极管微变等效电阻上的电压降压不为零，以及充电电流在二极管微变等效电阻上的电压降等因素，实际检波效率比以上公式计算值要小等因素，实际检波效率比以上公式计算值要小）等效输入电阻）等效输入电阻iR由于二极管在大部分时间处于由于二极管在大部分时间处于截止状态，仅在输入高频信号的峰值附近才导通，所以检波截止状态，仅在输入高频信号的峰值附近才导通，所以检波器的瞬时输入电阻是变化的器的瞬时输入电阻是变化的或或R越越导通电导通电65 其中其中Uim是输入等幅高频载波的振幅。是输入等幅高频载波的振幅。 根据图根据图6.4.2, 若若ui是

40、是等幅高频载波等幅高频载波, 则流经二极管电流应是高频窄尖顶余弦脉冲序则流经二极管电流应是高频窄尖顶余弦脉冲序列列, I1m即为其中基波分量的振幅即为其中基波分量的振幅, 而输出而输出uo应是电平为应是电平为Uo的直的直流电压。显然流电压。显然, 检波器对前级谐振回路等效电阻的影响是并联检波器对前级谐振回路等效电阻的影响是并联了一个阻值为了一个阻值为Ri的电阻。的电阻。 66 按照第按照第3章尖顶余弦脉冲序列的分析方法章尖顶余弦脉冲序列的分析方法, 可以求得可以求得I1m与与Uim的关系式的关系式, 从而可得到从而可得到:iimRU221RURUimd220)(上式也可以利用功率守恒的原理求出

41、。因检波器输入功率上式也可以利用功率守恒的原理求出。因检波器输入功率为为, 输出功率为输出功率为 , 若忽略二极管上的功率损若忽略二极管上的功率损耗耗, 则输入功率应与输出功率相等则输入功率应与输出功率相等, 考虑到考虑到d1, 由此也可得到由此也可得到式式(6.4.4)。 RRi21（6.4.4）67图图 6.4.3 惰性失真波形图惰性失真波形图 0ui包 络uot1t2t）惰性失真）惰性失真68)cos1 ()(tMUtuaimstMUdttduaimSsin)(RuiicRcRudtduCicccccuRCdtdu1单频调幅波的包络线表达式为：单频调幅波的包络线表达式为：其下降速率为：其

42、下降速率为：因为电容通过因为电容通过R放电时，电容电流与电阻电流大小相同，即：放电时，电容电流与电阻电流大小相同，即：所以电容电压的减小速率所以电容电压的减小速率691cos1sin)(tMtRCMtfaaaaMMRC21dtduuRCdtdussc1tMUtMURCaimaimsin)cos1 (1在开始放电时刻，电容电压可近似视为包络电压，故避免在开始放电时刻，电容电压可近似视为包络电压，故避免惰性失真的不等式可写为：惰性失真的不等式可写为：cuSu即即又可写成：又可写成：)(tf在在aMtcos时有最大值此时不等式的解为：时有最大值此时不等式的解为：70）底部切割失真）底部切割失真ui(

43、 t )0UimUim(1Ma)URUim(1Macos t )uL( t )0tt( c )( b )ui( t )uo( t )CRCcRLuL( t )( a ) 检波器输出检波器输出uo是在一个直流电压上迭加了一个交流调是在一个直流电压上迭加了一个交流调制信号制信号, 故需要用隔直流电容将解调后的交流调制信号耦故需要用隔直流电容将解调后的交流调制信号耦合到下一级进行放大或其它处理。下一级电路的输入电合到下一级进行放大或其它处理。下一级电路的输入电阻即作为检波器的实际负载阻即作为检波器的实际负载RL, 如图如图6.4.4(a)所示。所示。 71 这这意味着检波器处于稳定工作时意味着检波器

44、处于稳定工作时, 其输出端其输出端R上将存在一个固上将存在一个固定电压定电压UR。当输入调幅波。当输入调幅波ui(t)的值小于的值小于UR时时, 二极管将会截止。二极管将会截止。 也就是说也就是说, 电平小于电平小于UR的包络线不能被提取出来的包络线不能被提取出来, 出现了失真出现了失真, 如如图图6.4.4(b)、(c)所示。由于这种失真出现在调制信号的底部所示。由于这种失真出现在调制信号的底部, 故称故称为为底部切割失真。底部切割失真。 7273 由图由图6.4.4(b)可以看出可以看出, 调幅信号的最小振幅或包络线的调幅信号的最小振幅或包络线的最小电平为最小电平为Uim(1-Ma), 所

45、以所以, 要避免底部切割失真要避免底部切割失真, 必须使包必须使包络线的最小电平大于或等于络线的最小电平大于或等于UR, 即即:imLaimURRRMU)1 (RRRRRMLLa（6.4.6） 其中其中R指指RL与与R的并联值的并联值, 即检波器的交流负载。式即检波器的交流负载。式(6.4.6)即为避免底部切割失真应该满足的要求。由此式可即为避免底部切割失真应该满足的要求。由此式可以看出以看出, 交流负载交流负载R与直流负载与直流负载R越接近越接近, 可允许的调幅指数可允许的调幅指数越大。越大。74返回底部切割失真如图所示底部切割失真如图所示75 在实际电路中在实际电路中, 有两种措施可减小交

46、直流负载之间的有两种措施可减小交直流负载之间的差别。差别。 一是采用图一是采用图6.4.5所示的改进电路所示的改进电路, 将检波器直流负将检波器直流负载载R分成分成R1和和R2两部分。显然两部分。显然,在直流负载不变的情况下在直流负载不变的情况下, 改进电路的交流负载为改进电路的交流负载为 比原电路增大。比原电路增大。通常取通常取 以免分压过大使输出到后级的信号以免分压过大使输出到后级的信号减小过多。减小过多。 二是在检波器与下一级电路之间插入一级射随器二是在检波器与下一级电路之间插入一级射随器, 即增大即增大RL的值。的值。76图图 6.4.5 改进后的二极管峰值包络检波器改进后的二极管峰值

47、包络检波器 uiCCcR1R2RL77787980 4) Cc的取值应使低频调制信号能有效地耦合到的取值应使低频调制信号能有效地耦合到RL上上, 即满足即满足: LCRCmin1或或min1LcRC 在集成电路里常采用由三极管包络检波器组成的差分电路在集成电路里常采用由三极管包络检波器组成的差分电路, 如图如图6.4.6所示。其工作原理与二极管峰值包络检波器相似所示。其工作原理与二极管峰值包络检波器相似, 读者读者可自行分析可自行分析, 注意它的输入电阻很大。注意它的输入电阻很大。 取取Cc=47F81.同步检波电路同步检波电路返回MC1496组成的同步检波电路组成的同步检波电路826.5.1

48、 混频原理及特点混频原理及特点6.5.2 混频干扰混频干扰6.5.3 混频器的性能指标混频器的性能指标6.5.4 混频电路混频电路返回6.5 混频混频83概概 述述在通信接收机中，混频电路作用在于将不同载频的高频在通信接收机中，混频电路作用在于将不同载频的高频已调波信号变换为同一个已调波信号变换为同一个固定载频固定载频（一般称为中频）的高频（一般称为中频）的高频已调波信号，而已调波信号，而保持其调制规律不变保持其调制规律不变。 例如，在超外差式广播接收机中，把载频位于例如，在超外差式广播接收机中，把载频位于535kHz1605kHz中波波段各电台的普通调幅信号变换为中频为中波波段各电台的普通调

49、幅信号变换为中频为465kHz的普通调幅信号，把载频位于的普通调幅信号，把载频位于88MHz的各调频台信号的各调频台信号变换为中频为变换为中频为10.7MHz的调频信号；把载频位于四十几兆赫的调频信号；把载频位于四十几兆赫至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为至近千兆赫频段内各电视台信号变换为中频为38MHz的视频的视频信号。信号。 由于设计和制作增益高、选择性好、工作频率较原载频由于设计和制作增益高、选择性好、工作频率较原载频低的固定中频放大器比较容易，所以采用混频方式可大大提低的固定中频放大器比较容易，所以采用混频方式可大大提高接收机的性能。高接收机的性能。84 混频电路的输入是载频为混

50、频电路的输入是载频为fc的高频已调波信号的高频已调波信号us(t)和频率和频率为为fL的本地正弦波信号的本地正弦波信号(称为本振信号称为本振信号)uL(t),输出是中频为输出是中频为fI的的已调波信号已调波信号uI(t)。通常取。通常取fI=fL-fc。以输入是普通调幅信号为。以输入是普通调幅信号为例：例： 若若us(t)=Ucm1+ku(t)cos2fct，本振信号为，本振信号为uL(t)=ULmcos2fLt，则输出中频调幅信号为：，则输出中频调幅信号为：uI(t)=UIm1+ku(t)cos 2fIt。 可见可见, 调幅信号频谱从中心频率为调幅信号频谱从中心频率为fc处平移到中心频率为处

51、平移到中心频率为fI处处, 频谱宽度不变频谱宽度不变, 包络形状不变。包络形状不变。图图6.5.2是相应的频谱图。是相应的频谱图。 6.5.1 6.5.1 混频原理及特点混频原理及特点856.5.1 6.5.1 混频原理及特点混频原理及特点混频电路原理图混频电路原理图普通调频信号混频频谱图普通调频信号混频频谱图86混频电路原理图混频电路原理图动画演示87 （）混频电路的输入输出均为高频已调波信号。（）混频电路的输入输出均为高频已调波信号。 （）混频电路通常位于接收机前端，不但输入已调）混频电路通常位于接收机前端，不但输入已调波信号很小，而且若外来高频干扰信号能够通过混频波信号很小，而且若外来高

52、频干扰信号能够通过混频电路之前的选频网络，则也可能进入混频电路。电路之前的选频网络，则也可能进入混频电路。 选频网络的中心频率通常是输入已调波信号的载选频网络的中心频率通常是输入已调波信号的载频。频。返回 特点：886.5.2 6.5.2 混频干扰混频干扰 89 晶体管输出的所有组合频率分量为晶体管输出的所有组合频率分量为: : f=|pfLqfcrfn1sfn2|, p、q、 r、s=0,1,2, 在这些组合频率分量中在这些组合频率分量中, 只有只有p=q=1, r=s=0对应对应的频率分量的频率分量fI=fL-fc才是有用的中频才是有用的中频, 其余均是无用分其余均是无用分量。量。 若其中

53、某些无用组合频率分量刚好位于中频附近若其中某些无用组合频率分量刚好位于中频附近 能够顺利通过混频器内中心频率为能够顺利通过混频器内中心频率为fI的带通滤波器的带通滤波器, 就可以经中放、检波后对有用解调信号进行干扰就可以经中放、检波后对有用解调信号进行干扰, 产产生失真。生失真。 另外另外, 由幂级数分析法可知由幂级数分析法可知, p、q、r、 s值越小所值越小所对应的组合频率分量的振幅越大对应的组合频率分量的振幅越大, 相应的无用组合频率相应的无用组合频率分量产生的干扰就越大。分量产生的干扰就越大。 90 下面以下面以音频调幅信号音频调幅信号为例，对混频干扰的几种不同形式和来为例，对混频干扰

54、的几种不同形式和来源进行讨论，最后给出了解决措施。源进行讨论，最后给出了解决措施。1.1.信号和本振产生的组合频率干扰（干扰哨声）信号和本振产生的组合频率干扰（干扰哨声）2.2.一个外来干扰和本振产生的组合频率干扰（寄生通道干扰）一个外来干扰和本振产生的组合频率干扰（寄生通道干扰） 若外来干扰和本振产生的无用组合频率分量满足若外来干扰和本振产生的无用组合频率分量满足, 2 , 1 , 01rpfrfpfInL、，则也会产生干扰作用。则也会产生干扰作用。 先不考虑外来干扰的影响。先不考虑外来干扰的影响。 若信号和本振产生的组合频率若信号和本振产生的组合频率分量满足分量满足 |pfLqfc|=fI

55、F (6.5.2) 式中式中F为音频为音频, , 则此组合频率分量能够产生干扰。则此组合频率分量能够产生干扰。911)1)中频干扰中频干扰. .当当p=0,r=1时时, , ,即外来干扰频率与中频相同即外来干扰频率与中频相同. .Inff12)2)镜频干扰镜频干扰. .当当p=r=1时时, , 。因为。因为 , ,所以所以ILnfff1ILcfff1nfcfLf与与 在频率轴上对称分列于在频率轴上对称分列于 的两旁的两旁,互为镜像，故称互为镜像，故称 为镜像为镜像频率频率(简称镜频简称镜频)。1nf3.3.两个外来干扰和本振产生的组合频率干扰（互调干扰）两个外来干扰和本振产生的组合频率干扰（互

56、调干扰） 若两个外来干扰能够进入混频电路，并且和本振共同产生的若两个外来干扰能够进入混频电路，并且和本振共同产生的组合频率分量满足组合频率分量满足InnLfsfrff21 则也会产生干扰作用，通常称为互相调制干扰则也会产生干扰作用，通常称为互相调制干扰(简称互调干简称互调干扰扰)。其中，其中，r=1,s=2和和r=2,s=1两个组合频率分量影响最大，由两个组合频率分量影响最大，由于于r+s=3，故称为，故称为三阶互调干扰三阶互调干扰。显然，其中两个外来干扰频。显然，其中两个外来干扰频率与载频的关系率与载频的关系分别为分别为: :cnnfff212 cnnfff212924.4.外来干扰和信号、

57、本振产生的交叉调制干扰（交调干扰）外来干扰和信号、本振产生的交叉调制干扰（交调干扰）93 交调干扰有两个特点交调干扰有两个特点: : （1）当信号消失）当信号消失, 即即us=0, 则它也消失；则它也消失； （2）能否产生交调干扰与外来干扰的频率无关）能否产生交调干扰与外来干扰的频率无关, 只只取决于此外来干扰能否顺利通过混频电路之前的选频网取决于此外来干扰能否顺利通过混频电路之前的选频网络。显然络。显然, 能产生交调干扰和互调干扰的外来干扰频率都能产生交调干扰和互调干扰的外来干扰频率都靠近信号载频靠近信号载频fc 。 例如例如, 混频电路之前的选频网络带宽为混频电路之前的选频网络带宽为10

58、kHz, 若若fc=560 kHz, 则位于则位于555 kHz565kHz范围内的外来干扰范围内的外来干扰都可能产生三阶交调干扰。都可能产生三阶交调干扰。 5.5.包络失真和强信号阻塞干扰包络失真和强信号阻塞干扰946.6.减小或避免混频干扰的措施减小或避免混频干扰的措施（）选择（）选择合适的中频合适的中频; ;（）提高混频电路之前选频网络的（）提高混频电路之前选频网络的选择性，选择性，减少减少进入混频电路的外来干扰，这样可减小交调干扰和互进入混频电路的外来干扰，这样可减小交调干扰和互调干扰。调干扰。（）采用具有（）采用具有平方律特性的场效应管平方律特性的场效应管，模拟乘法模拟乘法器器或利用

59、平衡抵消原理组成的或利用平衡抵消原理组成的平衡混频电路平衡混频电路或或环形混环形混频电路频电路，可以大大减少无用组合频率分量的数目，尤，可以大大减少无用组合频率分量的数目，尤其是靠近有用频率的无用组合频率分量，从而降低了其是靠近有用频率的无用组合频率分量，从而降低了各种组合频率分量干扰产生的可能性。各种组合频率分量干扰产生的可能性。956.5.3 混频的性能指标混频的性能指标1、混频增益、混频增益 混频增益定义为混频器输出中频信号与输入信号大小混频增益定义为混频器输出中频信号与输入信号大小之比。之比。2、噪声系数、噪声系数 混频器的噪声系数定义为混频器输入信噪功率比混频器的噪声系数定义为混频器

60、输入信噪功率比和输出中频信号噪声功率的比值。和输出中频信号噪声功率的比值。3、隔离度、隔离度返回 隔离度是指三个端口（输入、本振和中频）相互之间隔离度是指三个端口（输入、本振和中频）相互之间的隔离程度，即本端口的信号功率与其泄漏到另一个端口的隔离程度，即本端口的信号功率与其泄漏到另一个端口的功率之比。的功率之比。 96例如，例如， 本振口至输入口的隔离度定义为本振口至输入口的隔离度定义为 )(lg10dB号功率泄露到输入口的本振信本振口的本振信号功率 显然，显然， 隔离度应越大越好隔离度应越大越好。 由于本振功率较大，由于本振功率较大， 故本振信故本振信号的泄漏更为重要。号的泄漏更为重要。 4