第6章振幅调制、解调及混频

1、第6章 振幅调制、解调及混频 6.1 振幅调制振幅调制 6.2 调幅信号的解调调幅信号的解调 6.3 混频混频几个概念几个概念载波信号：（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 )cos( tUuccc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（原始信号）（原始信号） （低频信号（低频信号/基带信号）基带信号） 语言语言图像图像 tUu cos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）解解 调：调：调制的逆过程，即从已调波信号中提取原调制调制的逆过程，即从已调波

2、信号中提取原调制 信号的过程。信号的过程。 调调 制：调制是指用想要传输的信号（调制信号）去控制：调制是指用想要传输的信号（调制信号）去控制载波的某个制载波的某个参数参数的过程。的过程。调制的原因调制的原因4从切实可行的天线出发从切实可行的天线出发为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何为使天线能有效地发送和接收电磁波，天线的几何尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于尺寸必须和信号波长相比拟，一般不宜短于1/4波长。波长。音频信号音频信号: 20Hz20kHz 波长：波长：15 15000 km天线长度天线长度: 3.75 3750km4便于不同电台相同频段基带信号的同时接收便于不同电台相

3、同频段基带信号的同时接收频谱搬移频谱搬移1c2c4便于不同电台相同频段基带信号的同时接收便于不同电台相同频段基带信号的同时接收AM540 （除：福山、长岛、蓬莱、招远、栖霞、海阳）AM1035（除：长岛、莱州、蓬莱、招远、栖霞、海阳）AM756 （除：长岛、龙口、莱阳、蓬莱）AM945 （仅限：龙口）济南市 山东人民广播电台 1548 烟台市 山东人民广播电台综合台 918烟台市 烟台电台新闻综合频道 1314烟台市 烟台电台经济生活频道 801 中央人民广播电台（调幅）接收频率中央人民广播电台（调幅）接收频率山东人民广播电台（调幅）接收频率山东人民广播电台（调幅）接收频率4可实现的回路带宽可

4、实现的回路带宽基带信号特点：频率变化范围很大。基带信号特点：频率变化范围很大。01BWfQ高频窄带信号高频窄带信号频谱搬移频谱搬移低频（音频）低频（音频）: 20Hz20kHz1000minmaxff高频（射频）高频（射频）:3minmaxffAM广播信号广播信号: 535 1605kHz，BW=20kHz501k1000k200fBW2k10k200fBWlowhigh2020k10k1000k100k选择性差选择性差选择性好选择性好6.1 6.1 振幅调制振幅调制1 1、AMAM调幅波的数学表达式调幅波的数学表达式2 2、调幅信号波形、调幅信号波形3 3、调幅波的频谱及带宽、调幅波的频谱及

5、带宽4 4、普通调幅波的功率关系、普通调幅波的功率关系5 5、双边带信号、双边带信号(DSB )(DSB )6 6、单边带信号、单边带信号7 7、残留边带调幅、残留边带调幅设：载波信号：设：载波信号： tUuccc cos 调制调制信号：信号： （单音单音） tUu cos那么调幅那么调幅信号（已调波）可表达为：信号（已调波）可表达为： ttUucmAM cos)( 由于由于调幅调幅信号的振幅与调制信号成线性关系信号的振幅与调制信号成线性关系，即有：，即有： tUkUtUacm cos)(，式中，式中ak为比例常数为比例常数即：即： )cos1()cos1()(tmUtUUkUtUaccacm

6、 式中式中ma为为调制度调制度， caaUUkm 表示调制深度的量表示调制深度的量, 0maU时，而uDuc+u,可进一步认为二极管的通断主要由uc控制,可得000DDcDcg uuiu 电流iD的频谱如图6-16(b)所示，经输出滤波器(调谐在c，带宽为带宽为2F)选出输出频率分量：下边带(频)、载频、上边带(频)，即AM信号。coscos22cos()cos()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt (6-29) 流过二极管的电流流过二极管的电流iD为为 （2）利用模拟乘法器产生普通调幅波 模拟乘法器是以差分对放大器为核心的，基本的差分对放大器如下图：H(j)H(j)Ecu

7、A EcuBV3V1V2uoRe0(1)tanh()2BAoeTuuiIEV00135(1cos)tanh(cos)2(1cos)( )coscos3cos5coceTcccUUiIttEVImtxttt(6-30) 若将载波将载波uC加至加至uA，调制信号调制信号u加到加到uB，则有：由单差分对关系单差分对关系式： (6-31) 式中，m=U/Ee，x=UCVT。若集电极滤波回路的中心频率为fc，带宽为2F，谐振阻抗为RL，则经滤波后的输出电压：01( )(1cos)cosoLcuI Rxmtt(6-32) 3 3、DSBDSB调制电路调制电路 1）二极管平衡DSB调制电路 单二极管电路只能

8、产生AM信号，不能产生DSB信号。二极管平衡电路和二极管环形电路可以产生DSB信号。 电路如图6-19所示，T2次级电流：2()LDcig Kt u(6-33) 22coscos()cos()22cos(3)cos(3)33DDcDcDcDcg Utg Utg Utg Utg Ut 图6-19 二极管平衡调制电路 带通滤波器T1RLT2ucVD1VD2N2uD1uD2AN1N1OBN2ON1uN2uo(t)1coscos22cos()cos()DDDDCcDDCcCcgggiUUtUtggUtUt 单管电流：单管电流：5.2.2 二极管平衡电路二极管平衡电路1电路电路图图57（a）是二极管平衡

9、电路的原理电路。它是由两个性能一）是二极管平衡电路的原理电路。它是由两个性能一致的二极管及中心抽头变压器致的二极管及中心抽头变压器T1、T2接成平衡电路的。接成平衡电路的。图57 二极管平衡电路第五章内容（插入页第五章内容（插入页4-1）42 2工作原理工作原理条件：条件：二极管处于大信号工作状态，二极管处于大信号工作状态，即即U20.5V。二极管主要工作在截止区和二极管主要工作在截止区和线性区，二极管的伏安特线性区，二极管的伏安特性可用折线近似。性可用折线近似。U2U1，二极管开关主要受，二极管开关主要受u2控制。控制。若忽略输出电压的反作用，若忽略输出电压的反作用，则加到两个二极管的电压则

10、加到两个二极管的电压uD1、uD2为。为。122121uuuuuuDD加到两个二极管上的控制电压u2是同相的，因此两个二极管的导通、截止时间是相同的，其时变电导也是相同的。由此可得流过两管的电流i1、i2分别为第五章内容（插入页第五章内容（插入页4-2）2022-3-2343111221212221( )()()( )()()DDDDig t ug Kt uuig t ug Kt uui1、i2在T2次级产生的电流分别为：2221211211iiNNiiiNNiLL流过负载初级变压器的电流i1、i2方向相反，磁通相消，故次级总电流为：1212212()LLLLDiiiiiig Kt u 一般一

11、般N1=N2第五章内容（插入页第五章内容（插入页4-3）44考虑u1U1cos1t，代入上式可得1112112112112122coscos()cos()22cos(3)cos(3)33LDDDDDig Utg Utg Utg Utg Ut1212212()LLLLDiiiiiig Kt u 使次级回路谐振在所需频率上，谐振阻抗为RL，选取该频率分量，转换为电压。完成频谱搬移功能。2的的谐波分量较之前（谐波分量较之前（5-385-38）少）少了很多，也没有了直流分量了很多，也没有了直流分量第五章内容（插入页第五章内容（插入页4-4） iL中包含F分量和(2n+1)fcF(n=0，1，2，)分量

12、，若输出滤波器的中心频率为fc、宽为2F、谐振阻抗为RL，则输出电压为：22cos()cos()4coscosoLDcLDcLDcuRg UtRg UtR gUtt(6-34) 二极管平衡调制器是通过平衡方式，将载波抑制掉二极管平衡调制器是通过平衡方式，将载波抑制掉，从而获得从而获得DSB信号。信号。2) 二极管环形DSB调制电路双平衡电路 为进一步减少组合分量，可采用双平衡调制器(环形调制器)，如图6-22所示。在u1=u，u2=uC的情况下，该式可表示为：442()2coscos3cos38coscosLDcDccoLDcig Kt ugttUtuR g Utt(6-35) (6-36)

13、经滤波后经滤波后，有 高频的偶次分量没有了高频的偶次分量没有了图6-22 双平衡调制器电路及波形 T1RLT2iLucVD1VD2ui2VD3VD4i3i4u(a)(b)tttt0000uoiLiL1iL1i1 4、SSB调制调制电路电路 SSB信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤信号是将双边带信号滤除一个边带形成的。根据滤除方法的不同除方法的不同,SSB信号产生方法有好几种信号产生方法有好几种,主要有滤波法和移主要有滤波法和移相法两种。相法两种。 图图626是采用滤波法产生是采用滤波法产生SSB的发射机框图。的发射机框图。 图626 滤波法产生SSB信号的框图 简单地说：简单地说：就

14、是在就是在DSBDSB的基础上，调整滤波器的中心频率和带宽。的基础上，调整滤波器的中心频率和带宽。实现实现SSBSSB。一一 、概述、概述振幅解调振幅解调(又称检波又称检波)是振幅调制的是振幅调制的逆过程逆过程。它的作用它的作用是是从已调制的高频振荡中从已调制的高频振荡中恢复出恢复出原来的调制信号。原来的调制信号。中放来非线性器 件低通 Fmax到功放0Fmaxf0fFmaxf12f1f1f6.2调调幅幅信号的解调信号的解调调幅解调的调幅解调的方法方法： 包络检波包络检波 同步检波同步检波 从频谱上看从频谱上看，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失，检波就是将幅度调制波中的边带信号不失真地从真

15、地从载波频率载波频率附近附近搬移到搬移到零频率零频率附近附近。 因此因此,检波器也属于检波器也属于频谱搬移电路频谱搬移电路。 二二、包络检波、包络检波非线性非线性 电路电路低通低通滤波器滤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 输入输入 AM信号信号检出包络信息检出包络信息1.包络检波器包络检波器电路组成电路组成 ZL+- -uiVDRC+- -uiRui+- -Crd它是由输入回路、二极管它是由输入回路、二极管VD和和RC低低通滤波器组成。通滤波器组成。 RC低通滤波电路有两个作用：低通滤波电路有两个作用： 对低频调制信号对低频调制信号u来说，电容来

16、说，电容C的的容抗容抗 ，电容，电容C相当于开路，电阻相当于开路，电阻R就作为检波器的负载，其两端产生输就作为检波器的负载，其两端产生输出低频解调电压出低频解调电压 RC1 对高频载波信号对高频载波信号uc来说，电容来说，电容C的容抗的容抗 ，电容，电容C相当于相当于短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。短路，起到对高频电流的旁路作用，即滤除高频信号。 RC c1电阻电容并联如何实电阻电容并联如何实现低通滤波？现低通滤波？ 二极管按结构分有点接触型、面接触型二大类。(1) 点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。(2) 面接触型二极管 PN结面积大，用于大电

17、流整流电路。半导体二极管的结构VDCC+vRL+充电放电iDvi串联型二极管包络检波器工作原理分析工作原理分析 详细详细分析：分析： + uD - -+- -uoiduD= ui- - uoRi充充+- -uoi放放+- -ui+- -uiVDRCui+- -Crd 在高频信号正半周时，二极管正向导通，在高频信号正半周时，二极管正向导通，输入高频电压通过二极管对电容输入高频电压通过二极管对电容C充电，充电，充电时间常数为充电时间常数为rdC。因为因为rdC较小，充电较小，充电很快，电容上电压建立的很快很快，电容上电压建立的很快,输出电压输出电压uo(t) 很快增长很快增长 。 作用在二极管作用

18、在二极管VD两端上的电压为两端上的电压为ui(t)与与uo(t)之差，即之差，即uD= ui- - uo。所以二。所以二极管的导通与否取决于极管的导通与否取决于uD 当当uD= ui- - uo0，二极管导通；二极管导通；当当uD= ui- - uo0 ，二极管截止。，二极管截止。 ui(t)达到峰值开始下降以后，随着达到峰值开始下降以后，随着ui(t)的下降，的下降，当当ui(t)= uo(t)，即，即uD= ui- -uo=0时，二极管时，二极管VD截止。截止。C把导通期把导通期间储存的电荷通过间储存的电荷通过R放电。因放电时放电。因放电时常数常数RC较大，放电较缓慢。较大，放电较缓慢。

19、检波器的有用输出电压：检波器的有用输出电压：uo(t)=u(t)+UDCUDCu(t)tuo(t)ucui(t)uo(t) u i(t)与与uo(t)tididi充充i充充i放放i放放+-+-检波器的实际输出电压为：检波器的实际输出电压为：uo(t)= u(t)+UDC+uc当电路元件选择正确时，高频当电路元件选择正确时，高频纹波电压纹波电压uc很小，可以忽略，很小，可以忽略，输出电压为：输出电压为： uo(t)=u(t)+UDC包含了包含了直流及低频调制分量直流及低频调制分量。 图图(a)：电容：电容Cd的隔直作用，直流分量的隔直作用，直流分量UDC被隔离，被隔离，输出信号为解调恢输出信号为

20、解调恢复后的原调制信号复后的原调制信号u，一般常作为接收机的检波电路。，一般常作为接收机的检波电路。 图图(b)：电容电容C的旁路作用，的旁路作用，交流交流分量分量u(t)被被电容电容C旁路，输出信号为旁路，输出信号为直流分量直流分量UDC，一般可作为自动增益控制信号（，一般可作为自动增益控制信号（AGC信号）的检测电路。信号）的检测电路。 UDCu(t)uctuo(t)ui(t)uo(t) ui(t)与与uo(t)t 峰值包络检波器的应用型输出电路峰值包络检波器的应用型输出电路 +- -UDC（b）ui+- -CVDRRC+- -uoui+- -CVDRL+- -uRCd+UDC - -+-

21、 -uo（a）UDC大则表示调幅波的幅大则表示调幅波的幅度大，需要适当减小，反度大，需要适当减小，反之则应适当增加。之则应适当增加。(1) 电压传输系数电压传输系数(检波效率检波效率)dimaVKm V输输出出低低频频交交流流电电压压振振幅幅输输入入已已调调波波包包络络振振幅幅定义：定义：imVimaVmV2.2.包络检波器包络检波器性能性能分析（质量指标）分析（质量指标） 用分析高频功放的折线近似分析法可以证明：用分析高频功放的折线近似分析法可以证明：cosdK其中其中:是二极管电流通角是二极管电流通角为检波器负载电阻为检波器负载电阻 rd为检波器内阻（二极为检波器内阻（二极管导通电阻）。管

22、导通电阻）。d3333 = drRg R调幅波的载波振幅调幅波的载波振幅C( )(1cos)cosAMaotUmttu（2）检波器的等效输入电阻）检波器的等效输入电阻iR 包络检波包络检波电路电路常作为常作为超外差接收机中放末级的超外差接收机中放末级的负载负载，故其输入阻抗故其输入阻抗势必势必影响回路选频特性影响回路选频特性（Q Q值值), ), 消耗一定的高频功率消耗一定的高频功率。这是其主要缺点。这是其主要缺点。 检波器的输入电阻检波器的输入电阻Ri定义为：定义为：+- -uo中放末级中放末级RsVDRCsCLsisRi+- -ui经证明：经证明：2iRR imiimVRI输入高频电压的振

23、幅输入高频电压的振幅输入高频电流的基波振幅输入高频电流的基波振幅/psiRRR00pLpRQCRL 结论：由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的结论：由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q值值降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。降低，消耗一些高频功率。这是二极管检波器的主要缺点。KdUimui(t)t 忽略二极管导通电阻忽略二极管导通电阻rd上的损耗功率，由能量守恒的原则，检上的损耗功率，由能量守恒的原则，检波器输入端口的高频功率波器输入端口的高频功率 全部转换为输出端负载电阻全部转换为输出端负载电阻R上消上消耗的功率耗的功率 （注意为直流）（注意为直流） 2imi(

24、)2UR22dim()K UR即有：即有： 222dimimi2K UURR又因又因Kd=cos 1 i12RR所以所以 等效输入电阻等效输入电阻Ri的推导的推导 惰性惰性失真失真产生惰性失真的原因：产生惰性失真的原因： RC放电的速率放电的速率 Uim(1-ma)在输入调幅波包络的在输入调幅波包络的负半周峰值负半周峰值处可能会低于处可能会低于UR ,DCimUU？避免负峰切割失真的方法：（1）适当减小ma；（2）增大负载电阻RL；（3）阻容拆分法。usCVDRRgCg(a)usutt00(b)(c)URUC)cos1(tmUaim Uim(1-ma) Ui m URttmUucaimi co

25、s)cos1( 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maUim越大，调幅波包络的负峰值越大，调幅波包络的负峰值Uim(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。 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Uim(1- -ma) 大于大于直流电直流电压压UR。即即RRRUmUimLaim)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： LLLaLLL/RRRRRRRmRRRR

26、RRRR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。 后级放大器后级放大器ui+- -CRLRVDCg+UDC - -+- -UR+u(t)- -21R10151R 实际电路中，实际电路中，为防止出现负峰切割失真为防止出现负峰切割失真，常采用，常采用分负载方分负载方法法，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 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，并加到上仅有直流电压，它与输入载波成正

27、比，并加到中放级的基极作为偏压，以便自动控制该级增益。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，如果输入信号强，C C3 3上直上直流电压大，则加到放大管偏压大，增益下降，使检波器输出电压下降。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。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。后级放大器后级放大器ui+- -CRLRVDCg+UDC - -+- -UR+u(t)- -收音机二极管检波器的实际电路收音机二极管检波器的实际电路单纯降低单纯降低R值是不可取的值是不可取的拆分法（分负载方法）的优点：

28、拆分法（分负载方法）的优点：1 1、保持直流负载电阻足够大；、保持直流负载电阻足够大；2 2、减小、减小“R”R”值，降低出现底部失真的几率。值，降低出现底部失真的几率。imRLUURRRCRLRVDCg21R)10/15/1 (R 注意：在判断底部失真时，由于使二极管截止时的注意：在判断底部失真时，由于使二极管截止时的R R1 1上没有电流，因上没有电流，因此，计算避免失真条件仍然是仅由此，计算避免失真条件仍然是仅由R R2 2与与R RL L分压。分压。不产生负峰切割失真的不产生负峰切割失真的条件是条件是：2LaLRmRR 非线性失真非线性失真 频率失真频率失真 这种失真是由于耦合电容这种

29、失真是由于耦合电容C Cg g和滤波电容和滤波电容C C所引起的。所引起的。 Cg的的存在主要影响检波的下限频率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：必须满足下列条件：2ming1irCgmin21iCr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：max1RC或或RCmax1一般一般Cg约为几约为几 F，C约为约为0.01 F。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

30、。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。 用失真系数用失真系数K Kf f表示表示. . + + v C + R ri2 VC Cg vi D 对于单频点（单音）的正弦信号呢？对于单频点（单音）的正弦信号呢？ 根据上面诸问题的分析根据上面诸问题的分析,检波器设计及元件参数选择的原检波器设计及元件参数选择的原则如下则如下: (1)回路有载回路有载QL值要值要大大, ，总体性能总体性能 (2) 为为载波周期载波周期 ，滤除高频滤除高频 (3) 为了为了避免频率失真避免频率失真，调制信号的周期要大于充放电时间，调制信号的周期要大于充放电时间 (4) (5) 000/12LRRQC11,

31、CCCcRCTTTf2maxmaxmax1(1)gagagamRCmRm RmRRRm + + v C + R ri2 VC Cg vi D 2min1igrCmax1RCc1RC，避免惰性失真避免惰性失真，避免底部切割失真避免底部切割失真2iRR 等效输入电阻：等效输入电阻：gR在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5 计算。计算。R1CR2C3RgC1DC2L1L221R)10/15/1 (R 根据分负载的条件：根据分负载的条件：k2R1取取k10R2（检验检验：直流：直流负载负载R RL L=R=R1 1+R+R2 2=12k=12k 10k10k 满足要求）满足要求）解解: :先计算

32、电阻先计算电阻R R1 1、R R2 2的值的值2/LidRR 因为检波器的输入电阻因为检波器的输入电阻R Ridid与其直流负载与其直流负载RL(=R1+R2)的关系为的关系为: :3 . 0ma所以：所以：调制指数调制指数所以有所以有R RL L10k10k 。 已知：设调制信号频率已知：设调制信号频率F F为为3003003000Hz3000Hz；信号中的载频为；信号中的载频为465kHz465kHz；二极；二极管的正向导通电阻管的正向导通电阻R Rd d 100100 ，低放输入阻抗，低放输入阻抗R Rg g 4 4k k 例例: :二极管包络检波器如图所示。现要求检波器的二极管包络检

33、波器如图所示。现要求检波器的等效输入电阻等效输入电阻R Ridid5k时，时，不产生惰性失真和负峰切割失真不产生惰性失真和负峰切割失真。试选择和计算检波器的各元件参数值。试选择和计算检波器的各元件参数值。不产生负峰切割失真的不产生负峰切割失真的条件是条件是：2gagRmRR由不产生惰性失真的条件计算由不产生惰性失真的条件计算C C1 1、C C2 2：3max1.51.50.00723000 12 10LLCFRR1CR2C3RgC1DC2L1L2在工程上可按在工程上可按 maxRC1.5 计算计算取取120.0033LCCFC3C的阻抗在的阻抗在 时应可忽略，即时应可忽略，即minmin31

34、gRC310.1332300 4000CFF实用时，实用时，C3可以可以取取得比上述值远远大，如得比上述值远远大，如1 4.7F。max1RCR1CR2C3RgC1DC2L1L21max11RC此时，公式里用此时，公式里用C1C1、R1R1，理由：最不利情况下（假设，理由：最不利情况下（假设C2C2短路），对短路），对C1R1C1R1的限制。的限制。其实，前面已经计算出了C1、C2，这里讨论低频信号的高频端的影响。验证一下前面的计算是否可行651110020.0033 10300010kk C1C1合理！合理！(10)kC2C2合理！合理！三、三、同步同步检波电路检波电路 抑制载波的双边带信号

35、和单边带信号，因其波形包络抑制载波的双边带信号和单边带信号，因其波形包络不直不直接反映调制信号的变化规接反映调制信号的变化规律或有过零点，会导致二极管截止而律或有过零点，会导致二极管截止而使信号失真使信号失真，不能用包络检波器解调。不能用包络检波器解调。 O 电压振幅 输入双边带 1- 1+ v0OO波振幅本地载0 因不含有载频分量，解调时因不含有载频分量，解调时必须在检波器输入端另加一必须在检波器输入端另加一个与发射载波个与发射载波“同频同相同频同相”保持保持同步同步变化的参考信号变化的参考信号，此参考，此参考信号与调幅信号共同作用于非线性器件电路，经过频率变换，信号与调幅信号共同作用于非线

36、性器件电路，经过频率变换，恢复出调制信号。这种检波方式称为恢复出调制信号。这种检波方式称为同步检波同步检波。 在某些应用中，为了改善性能，对普通调幅信号的解调也在某些应用中，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。可以采用同步检波。 + + v C + R ri2 VC Cg vi D 2gagRmRR)cos1(tmUaim Uim(1-ma) Ui m URttmUucaimi cos)cos1( URRRRUmUimLaim)1( 调制信号 载波c上边频 下边频DSB的波形的波形与频谱与频谱 tVv000cos tVv cost )cos(Vm21) t (Vooa 下边频

37、单边带调幅波的频谱单边带调幅波的频谱SSB的的波形波形与频谱与频谱单边带调幅波的波形单边带调幅波的波形同步检波有两种同步检波有两种实现电路实现电路 （也是频率搬移）（也是频率搬移） 乘法器乘法器低通滤波器低通滤波器uou包络检波器包络检波器 加法器加法器uou本地载波本地载波乘积型乘积型同步检波同步检波叠加型同步检波叠加型同步检波 已调波已调波vi已调波已调波vi本地载波本地载波1. 1. 乘积型乘积型同步检波同步检波器器乘法器乘法器低通滤低通滤 波器波器uDSBuc 本地载波本地载波u(t)设输入已调波：设输入已调波：ttUucDSB coscos )cos(1 tUucc 为恢复信息采用的

38、为恢复信息采用的本地载波为：本地载波为： 则相乘器输出为：则相乘器输出为： tttUUtttUUuuccccccDSB111coscoscos21)cos(coscos则经低通滤则经低通滤波器后波器后的输出信号为：的输出信号为： cc 1令令)cos(cos)cos(cos21 ttUttUUucccc为输入信号载波和为输入信号载波和本地载波的频率差。本地载波的频率差。下面讨论下面讨论 的影响。的影响。,c DSB假定传递函数为假定传递函数为1讨论：讨论： (1)当恢复的本地载波与发射端的调制载波同步（同频，同相）当恢复的本地载波与发射端的调制载波同步（同频，同相）则有：则有：0 c 0 tU

39、u cos无失真将调制信号恢复出来无失真将调制信号恢复出来 00 c(2)若本地载波与调制载波有频差，即：若本地载波与调制载波有频差，即：ttUuc coscos 即引起振幅失真。即引起振幅失真。 tUucoscos 则则 cos引入一个振幅的衰减因子引入一个振幅的衰减因子 ，如果如果 随时间变化，随时间变化，也会引起振幅失真也会引起振幅失真。 乘法器乘法器低通滤低通滤 波器波器uDSBuc 本地载波本地载波u(t)1coscos()coscos()2cccuUUttUtt (3) 若本地载波与调制载波有相位差，若本地载波与调制载波有相位差，0 c 0 即：即：结论结论：同同步检波无步检波无失

40、真的关键是同步失真的关键是同步（同频，同（同频，同相）。相）。 O 电压振幅 输入双边带 1- 1+ v0OO波振幅本地载0v2OO电压振幅相乘后21-21+x 输入双边带信号时，乘积检波器的有关波形与频谱输入双边带信号时，乘积检波器的有关波形与频谱。乘法器乘法器低通滤低通滤 波器波器uDSBuc 本地载波本地载波u(t)低通低通 tttUUtttUUuuccccccDSB111coscoscos21)cos(coscos总结：总结：假定同频同相假定同频同相图648 几种乘积型解调器实际线路 10 k2 k10 k10 k10 k10 k10 kC2C1载波输入7/15 pFT27/15 pF

41、C4T1中频输入10 pF10 pFC3音频输出(a)220 pF(470 pF)220 pF(470 pF)0.01(0.005) (0.005)0.014.7 k中频输入9 MHz(455kHz)载频输入500500500 H(2.5 mH)0.01(b)中频输入470 pFE47 k470 k100 k22 pF0.011 k载频0.011251 k0.014.7 k0.1u(c)0.0151f0 f1681 k1 k0.01输出1120023中频输入22000.01载频1.5 V0.0017100259 V(d)T112 V10 k10 k2 k2200 pF 2. 叠加叠加型型同步检

42、波同步检波 对对SSB信号而言信号而言,只要只要加入载波（恢复载加入载波（恢复载波）电压波）电压，可得到一个不失真的，可得到一个不失真的AM波。波。ususururCR us=UScos(c+)t= US cost cosct US sint sinct恢复载波恢复载波 ur = Ur cosrt = Ur cosct单频调制的单边带信号单频调制的单边带信号(上边带上边带)为为us+ur=(Us cost +Ur) cosct- Us sint sinct =Um(t)cosct+(t) (677)2222( )2cos1 ()2cos12cosssmrsrsrrrrUUUtUUU UtUtU

43、UUmmt （678） （679） tUUtUtsrScossinarctan式中式中tUtUUtU sin) cos()(22s2srm 式中式中 m=Us/Ur 。当。当mUs时时,上式可近似为上式可近似为( )12cos(1cos)( )(1cos)mrrodmdrUtUmtUmtuK UtK Umt (681) (682)包络检波后：包络检波后：恢复了调制信号恢复了调制信号图650 平衡同步检波电路 ususV D1V D2urCCRRUo1Uo2uo uo1= Kd Ur(1+ mcost) uo2= Kd Ur(1- mcost) (683) 则总的输出则总的输出 uo=uo1-u

44、o2=2KdUrmcost (684)( )(1cos)odmdruK UtK Umt效果更好，消除了直流分量效果更好，消除了直流分量 在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频在保持相同调制规律的条件下，将输入已调信号的载波频率从率从fs变换为变换为固定固定fI的的过程称为变频或混频。过程称为变频或混频。 高频放大 fs fs 本地振荡 fL 混频 fLfS=fI FI 低频放大 检波 中频放大 F F （以调幅为例（以调幅为例 ） 在接收机中，在接收机中， fI称为中频。一般其值为称为中频。一般其值为其中其中fL是本地振荡频率。是本地振荡频率。ILSfff 超外差式接收机超外差式接

45、收机 1.1.定义定义其中，其中，fI大于大于fS的混频称为上混频，的混频称为上混频， fI小于小于fS的混频称为下混频。的混频称为下混频。超外差名字的由来：本地振荡器（本振）超外差名字的由来：本地振荡器（本振）产生一个始终比接收信号高一个中频频率产生一个始终比接收信号高一个中频频率的振荡信号，然后进行混频等环节。的振荡信号，然后进行混频等环节。混频的目的：为了后面电路的适应性（可混频的目的：为了后面电路的适应性（可以仅放大中频）以仅放大中频） 一一 . 混频概述混频概述1.混频器的功能：混频器的功能：混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口（六端）网络混频器是频谱的线性搬移电路，是一个三端口

46、（六端）网络有两个输入信号：有两个输入信号： 高频调制波高频调制波 )(ssfu本地振荡信号本地振荡信号 )(LLfu一个中频输出信号：一个中频输出信号：)(IIfu两个输入信号与输出信号之间的关系：两个输入信号与输出信号之间的关系： 的包络形状相同，频谱结构相同，只是填充频谱不同，即，其中心频率：的包络形状相同，频谱结构相同，只是填充频谱不同，即，其中心频率： su输输入入信信号号Iu与与输输出出信信号号sLIfff 其中其中LsILsfffff输出高中频输出低中频uL (f L)混频 器us (f s)uI (f I)(1) 调幅调幅(DSB为例为例) u乘法器带通滤波器u DSBu o2

47、maxo（2）检波）检波 u DSB乘法器低通滤波器u rumax（3）混频）混频 u DSB= u s乘法器u L带通滤波器u II I=L L-S SLs调幅，检波与混频之间的频谱变换关系：I I=L L-S S2max高频段高频段低频段低频段中频段中频段 混频器是频谱的线性搬移电路，完成频谱线性搬移功能的关键是获得混频器是频谱的线性搬移电路，完成频谱线性搬移功能的关键是获得两个输入信号的乘积项，具有这个乘积项，就可以实现所需的频谱线性两个输入信号的乘积项，具有这个乘积项，就可以实现所需的频谱线性搬移功能。搬移功能。 2max I I=L L-S S乘法器乘法器 带通滤带通滤 波器波器右图

48、为混频器的一般结构框图。右图为混频器的一般结构框图。 如果设输入信号：如果设输入信号：已调波信号已调波信号coscossssuUttcosLLLuUt那么两信号的乘积项为：那么两信号的乘积项为： tttUUtttUUusLsLLsLsLsI)cos()cos(cos21coscoscos u Lu s 非线性非线性 元件元件 带通滤带通滤 波器波器 2. 混频器的基本工作原理：Lu LL-SL+SuI 本振本振信号信号uSS如果带通滤波器的中心频率为如果带通滤波器的中心频率为 sLI ,带宽带宽 max2 B则经带通滤波器的输出为：则经带通滤波器的输出为： ttUttUUttUUuIIILss

49、LLsI coscoscoscos21)cos(cos21 可见输出中频信号的可见输出中频信号的 Iu包络形状没有变化，包络形状没有变化，只是中心频率只是中心频率由由 s 变化成变化成 IsL uI形式与同步检波相像，但差形式与同步检波相像，但差频不是接近频不是接近0而是固定中频而是固定中频因为因为混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪混频器常作为超外差接收系统的前级，对接收机整机的噪声系数影响大。声系数影响大。 所以希望混频级的所以希望混频级的 越小越好。越小越好。 FN(1)变频增益：变频增益： 变频电压增益变频电压增益: sIvUUAc 输输入入高高频频电电压压振振幅幅输输出

50、出中中频频电电压压振振幅幅变频功率增益变频功率增益 :SIPPPGC (2)噪声系数噪声系数: 00siniFsnPPNPP输入端高频信号的信噪比输出端中频信号的信噪比3. 混频器的主要性能指标(3) 失真与干扰失真与干扰变频器的失真主要有变频器的失真主要有 :频率失真频率失真 非线性失真非线性失真(4)选择性选择性 在混频器中，由于各种原因总会混入很多与中频频率接近的干扰信号在混频器中，由于各种原因总会混入很多与中频频率接近的干扰信号, 为了抑制不需要的干扰，要求中频输出回路具有良好的选择性，矩形系数趋为了抑制不需要的干扰，要求中频输出回路具有良好的选择性，矩形系数趋近于近于1。icic式式

51、中中：femyg 为为定定常常的的跨跨导导，此此时时晶晶体体管管作作为为线线性性元元件件应应用用，无无变变频频作作用用。同同时时作作用用于于晶晶体体管管的的输输入入端端tUUuoomBBB cos tUusbembe cos uBuBEic6.3.2 混频电路混频电路)(BEcufi .)(21)()(2 sBsBBcuufuufufiuBuBEicscoCutgtii)()( .t2cosItcosII)t(io2cmo1cmcoco .t2cosgtcosgg)t(go2o1o tcosV.)t2cosgtcosgg(.)t2cosItcosII()t(isso2o1oo2cmo1cmco

52、C 可可见见线线性性时时变变跨跨导导输输出出电电流流中中的的频频率率分分量量： sooqq ，.2 , 1 , 0 qs o so so so2 so2 o2 晶体管混频器实际电路晶体管混频器实际电路 基本组态：基本组态：us (t)为信号电压，为信号电压， uL (t)为本地振荡电压为本地振荡电压电路电路a) 共发射极混频电路共发射极混频电路b)共基混频电路共基混频电路 对对us、uL分别加在不同的电极上，电路工作稳定（经常被采用）分别加在不同的电极上，电路工作稳定（经常被采用）l l对对us、uL均加在同一电极上，对本振呈现较大阻抗，使本地振荡负均加在同一电极上，对本振呈现较大阻抗，使本地

53、振荡负载轻，易自激振荡，相互牵制大。载轻，易自激振荡，相互牵制大。l l 上图为典型的收音机自激式变频电路上图为典型的收音机自激式变频电路,是一个是一个把本振器与混频器两部把本振器与混频器两部分合并在一起的变频电路分合并在一起的变频电路 . 在电路中由于输出端中频回路对本振信号来说阻抗很小，相当于短路，所在电路中由于输出端中频回路对本振信号来说阻抗很小，相当于短路，所以对本振信号来说：晶体管，以对本振信号来说：晶体管， 共同构成变压器互感耦合反馈振荡器。共同构成变压器互感耦合反馈振荡器。2rT晶体管混频器的电路举例FM收音机变频电路：收音机变频电路： 2二极管混频电路二极管混频电路 输入信号输

54、入信号us为已调信号；为已调信号； 本振电压为本振电压为uL, 有有ULUs,usUIfsfIuL图图661二极管平衡混频器原理电路二极管平衡混频器原理电路2()oDLsig Kt u1222(coscos3)cos23oDLLssigttUt2cos()cosIL ILDsLsIIuR iR g UtUt 图图662为二极管环为二极管环形混频器形混频器,其输出其输出电流电流io为为2()442(coscos3)34cos()cosoDLsDLLssIDDLsIIig Kt ugttUtug UtUt经中频滤波后经中频滤波后,得输出中频电压得输出中频电压(6100) (6101) usuLi2

55、iii1i3i4iiUI 3其它混频电路其它混频电路 图中输入变压器是用磁环绕制的平衡图中输入变压器是用磁环绕制的平衡不平衡宽带变压器不平衡宽带变压器,加加负载电阻负载电阻200以后以后,其带宽可达其带宽可达0530MHz。XCC型乘法型乘法器负载电阻单边为器负载电阻单边为300,带宽为带宽为030MHz,因此因此,该电路为宽该电路为宽带混频器。带混频器。 5168232.2 k0.01本振输入(500)1.5V0.00171000.019 VV1V21.2 k信号输入(50)1:6.6T112.6:1信号输出(50 )T2V3图664 差分对混频器线路 MC1596G781410596325

56、150 k51uLus0.001 F510.01 F100 H100 H0.001 F9.5 H580 pF580 pF输出6.8 k8 VZLRL50 L19 MHzZL10 k10 k100 mV0.001 F1 k1 k8V20012012012020012091078546123116200.033 F126206200.033 F0.033 F1.2 k1.2 k输出12 VZLZL1 kZL0.033 F0.033 F3.3 k3.3 kuLus(a)(b)V1V212 V调零100图665 用模拟乘法器构成混频器 图665 用模拟乘法器构成混频器 EcV2V1V4V3V6V5RL

57、uouAuBI0i1i2i3i4i6i5i1RLi2由于混频器是依靠非线性元件来实现变频，而通过非线性元件的信号由于混频器是依靠非线性元件来实现变频，而通过非线性元件的信号将含有许多频率成份将含有许多频率成份 sLqfpf , (p,q=0,1, 2,3,.)uS(f S )u L(f L )u I(f I )u n(f n)非线形元件非线形元件中频滤波器中频滤波器)(sLIqfpfu 如果设输入信号为如果设输入信号为 )(ssfu,本振频率信号为本振频率信号为 )(LLfu则通过则通过 非线性元件的信号非线性元件的信号 sLIqfpfu ，其中，其中 2 , 1 , 0, qp而而这这 些组

58、合频率的信号中只要和中频频率些组合频率的信号中只要和中频频率 sLIfff 相同或接近，相同或接近， 都会和有用信号一起被选出，并送到后级中放，经放大后解调输出而引都会和有用信号一起被选出，并送到后级中放，经放大后解调输出而引起串音，啸叫和各种干扰，从而影响有用信号的正常工作。起串音，啸叫和各种干扰，从而影响有用信号的正常工作。 三 混频器的干扰一般混频器存在下列干扰：一般混频器存在下列干扰： (1)干扰哨声：接收的射频信号干扰哨声：接收的射频信号 )(ssfu与本振信号与本振信号 )(LLfu的自身组合干扰，即的自身组合干扰，即 BfqfpfIsL21 BfI(2)副波道干扰：外来干扰信号副

59、波道干扰：外来干扰信号 )(nnfu与本振信号与本振信号 )(LLfu的组合频率产生的干扰的组合频率产生的干扰 BfqfpfInL21 (3)交叉调制干扰：有用信号交叉调制干扰：有用信号 )(ssfu与干扰信号与干扰信号 )(nnfu混频产生的干扰。混频产生的干扰。 (4)互调干扰：指两个或多个信号同时作用在混频器互调干扰：指两个或多个信号同时作用在混频器输入端，经混频产生的组合分量而形成的干扰。输入端，经混频产生的组合分量而形成的干扰。 (5)阻塞干扰阻塞干扰(6)倒易混频倒易混频 1.信号与本振信号的自身组合干扰（干扰哨声）如果中频如果中频 sLIfff ，则除，则除 sLff 的中频被选

60、出外，还的中频被选出外，还有可能选出其它的组合频率：即有可能选出其它的组合频率：即 IsLILsIsLfqfpffpfqffqfpf 111()sLILIsIsIsIpffffffqqpppfffffqqqq所以有所以有 Isfpq1pfpq1pffIs 其中其中 Isff称为称为变频比变频比。 显然显然当变频比一定时，并能找到对应的整数当变频比一定时，并能找到对应的整数p, q时，就会形成自身组时，就会形成自身组合干扰。合干扰。 设输入高频信号的载频为设输入高频信号的载频为 )(ssfu，本振信号，本振信号 )(LLfu，则，则 经过混频器后产生的频率为经过混频器后产生的频率为 ，其中，其中